Visión general de la comunicación óptica / sistemas de transmisión óptica

Se ha iniciado una nueva etapa evolutiva para que las redes de comunicación óptica procesen un tráfico cada vez más explosivo como resultado de la difusión de Internet y la transmisión asociada de alta velocidad de contenido de gran capacidad. En los centros de datos, la reducción de la enorme potencia eléctrica consumida por los equipos de comunicación y el aire acondicionado es problemática para el crecimiento futuro de la computación en la nube, Internet de las cosas (IoT) y máquina a máquina (M2M). Se están introduciendo sistemas de transmisión óptica con baja disipación de potencia y transmisión de gran capacidad de alta velocidad para superar estos problemas.
Claramente, el rendimiento de los dispositivos de transmisión óptica / comunicación óptica de la próxima generación dependerá de los diversos equipos de transmisión óptica y del rendimiento y la calidad de los componentes ópticos dentro de dichos dispositivos. A medida que las redes y los sistemas se expanden, la escala de los dispositivos de transmisión óptica aumentará y la cantidad de instalaciones aumentará en paralelo. Por lo tanto, la importancia de ahorrar espacio y energía a través de envases en miniatura y de alta densidad aumentará cada vez más. Al mismo tiempo, los componentes ópticos están evolucionando hacia componentes modularizados y / o agrupados, y más hacia el circuito integrado óptico en lugar de simplemente miniaturizar los componentes ópticos discretos convencionales.
La configuración de una red de comunicación óptica típica se muestra en la Fig. 1. La red troncal está compuesta por una red central que conecta pueblos y ciudades, así como una red metropolitana del tamaño de un área urbana. El suscriptor accede a redes como FTTH (Fiber to the Home) desde la red metropolitana.
En un sistema de comunicación óptica, se han introducido varias tecnologías avanzadas, como la coherencia digital, DWDM (multiplexación por división de longitud de onda densa) y ROADM (multiplexor óptico de adición agregada reconfigurable) para obtener ahorros de energía y mejorar la economía de alta velocidad y Redes de transmisión de gran capacidad.

Fig. 1 Configuración de la red de comunicación óptica

Tecnologías clave que contribuyeron al desarrollo de sistemas de comunicación óptica.

Las comunicaciones a larga distancia utilizando fibras ópticas han sido factibles desde la década de 1970, cuando se inventó la fibra óptica de baja pérdida después de láseres semiconductores y fotodiodos; Estas tres tecnologías fundamentales permitieron las comunicaciones ópticas. La primera generación de sistemas prácticos de comunicación óptica se desarrolló en la década de 1980 y la segunda generación apareció en las décadas de la década de 1990 y 2000. La tercera generación ya está en marcha.

· PLC (Planar Lightwave Circuit)
Un PLC es un dispositivo en el que se fabrica una guía de onda óptica integrada sobre un sustrato plano mediante procesos fotolitográficos similares a los métodos establecidos por la industria de LSI. Las guías de ondas ópticas tienen características de transmisión similares a las de las fibras ópticas. La transmisión en una fibra óptica se basa en las diferencias en el índice de refracción. En la década de los 80, se investigaron las tecnologías fundamentales y, en la década de los 90, se desarrollaron dispositivos PLC prácticos, como un AWG (Rejilla de Ondas de Guías).

· Amplificador óptico / EDFA (amplificador de fibra dopado con erbio)
Aunque las pérdidas de transmisión en las fibras ópticas son muy bajas, ya que no se pueden evitar, los relés deben instalarse en transmisiones de larga distancia. Un amplificador óptico es un dispositivo para aumentar los niveles de la señal óptica sin la necesidad de realizar conversiones ópticas a eléctricas. El amplificador óptico utiliza una fibra óptica especial que contiene el elemento de erbio (Er), se denomina EDFA (amplificador de fibra dopada con erbio). El EDFA es fundamental para realizar transmisiones de larga distancia, como los cables ópticos transoceánicos.

· Tecnología WDM (Multiplexación por división de longitud de onda)
WDM es una tecnología que combina señales de múltiples longitudes de onda en una sola fibra óptica para la transmisión a larga distancia. La tecnología DWDM (WDM denso: multiplexación por división de longitud de onda densa) mejora aún más que la tecnología WDM al permitir que se transmita un número extremadamente grande de longitud de onda (y por lo tanto una cantidad extremadamente grande de datos) a través de una sola fibra óptica.

· AWG (rejilla de guía de onda con arreglo)
Una señal multiplexada por la tecnología WDM / DWDM debe separarse (ramificarse) en canales individuales que tengan la pluralidad original de longitudes de onda en el lado receptor de un terminal óptico. El AWG es un dispositivo óptico que desempeña un papel como multiplexor / demultiplexor óptico. El AWG fue desarrollado en la plataforma de tecnología PLC en la década de 1990.

· ROADM (Multiplexor Óptico Reconfigurable Add-Drop)
Un ROADM es un dispositivo que crea de forma instantánea y flexible rutas ópticas para señales ópticas de cierta longitud de onda en una red de comunicación de fibra óptica mediante software. Con ROADM, la operación de red flexible y eficiente que permite la transmisión a alta velocidad de datos de gran capacidad es factible mediante el control de la caída, la adición y, a través de las condiciones de las rutas ópticas, de forma remota para formar desvíos virtuales y nuevas redes.

· OXC (conexión cruzada óptica)
OXC es una tecnología de conexión de red desarrollada a partir de ROADM. Al emplear interruptores ópticos a gran escala, los dispositivos OXC utilizados para las ramas u otras secciones en redes de malla de malla pueden interconectar señales de gran capacidad sin convertirlas.

· Tecnología de transmisión óptica digital coherente
La transmisión óptica digital coherente es una tecnología que permite una transmisión a larga distancia altamente confiable de una capacidad de datos extremadamente grande dentro de una sola fibra óptica. Se logra mediante la introducción de tecnología avanzada de procesamiento de señal digital (DSP) en el esquema de comunicación óptica. Es una de las tecnologías clave para realizar redes de comunicación óptica de futuro cercano.

WSS (interruptor selectivo de longitud de onda)
Un WSS es un dispositivo óptico que conmuta y ordena señales ópticas multiplexadas de longitud de onda. Permite a los operadores de red dirigir longitudes de onda discretas a puertos de salida específicos en el orden de milisegundos. Los componentes clave del WSS son el multiplexor / demultiplexor óptico, un espejo MEMS, fibras de entrada / salida, etc. Es una tecnología avanzada que se usa comúnmente para los sistemas ROADM sofisticados.
A través de varias innovaciones técnicas, FTTH también se ha implementado ampliamente desde que los despliegues iniciales comenzaron poco después del año 2000. Paralelamente, ha evolucionado una red de comunicación óptica que sirve como la infraestructura que apoya a la sociedad de las TIC. La Fig. 2 muestra la transición de la tecnología de comunicación óptica correlacionada con la expansión de la capacidad de transmisión.

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