Kuten tiedämme, WDM-teknologiaa on käytetty 1990-luvulta lähtien satojen tai jopa tuhansien kilometrien pituisissa valokuituyhteyksissä. Useimmilla maan alueilla kuituinfrastruktuuri on kallein omaisuus, kun taas lähetin-vastaanotinkomponenttien hinta on suhteellisen alhainen.
Verkoissa, kuten 5G:ssä, tiedonsiirtonopeuksien räjähdysmäisen kasvun myötä WDM-teknologiasta on kuitenkin tulossa yhä tärkeämpi myös lyhyen matkan yhteyksissä, joita käytetään paljon suurempina määrinä ja jotka ovat siksi herkempiä lähetin-vastaanotinkokoonpanojen kustannuksille ja koolle.
Tällä hetkellä nämä verkot käyttävät edelleen tuhansia yksimuotoisia optisia kuituja, jotka lähetetään rinnakkain avaruusjakoisen multipleksoinnin kanavien kautta. Tiedonsiirtonopeudet ovat suhteellisen alhaiset, korkeintaan muutamia satoja Gbit/s (800 G) kanavaa kohden, ja T-luokassa on vain vähän mahdollisia sovelluksia.
Lähitulevaisuudessa yhteisen spatiaalisen rinnakkaistamisen käsite saavuttaa kuitenkin pian skaalautuvuuden rajansa, ja sitä on täydennettävä kunkin kuidun datavirtojen spektraalisella rinnakkaistolla, jotta tiedonsiirtonopeuksien kasvua voidaan ylläpitää. Tämä voi avata kokonaan uuden sovellusalueen WDM-tekniikalle, jossa maksimaalinen skaalautuvuus kanavien lukumäärän ja tiedonsiirtonopeuden suhteen on ratkaisevan tärkeää.
Tässä yhteydessäoptinen taajuuskampageneraattori (FCG)on avainasemassa kompaktina, kiinteänä, moniaallonpituisena valonlähteenä, joka voi tarjota suuren määrän hyvin määriteltyjä optisia kantajia. Lisäksi optisten taajuuskampojen erityisen tärkeä etu on, että kampaviivat ovat luonnostaan yhtä kaukana toisistaan taajuudeltaan, mikä lieventää kanavien välisten suojakaistojen tarvetta ja välttää taajuuden säädön, jota vaadittaisiin yksittäiselle viivalle perinteisessä DFB-lasereiden ryhmää käyttävässä järjestelmässä.
On tärkeää huomata, että nämä edut koskevat paitsi WDM-lähettimiä myös niiden vastaanottimia, joissa erilliset paikallisoskillaattoriryhmät (LO) voidaan korvata yhdellä kampageneraattorilla. LO-kampageneraattoreiden käyttö helpottaa entisestään WDM-kanavien digitaalista signaalinkäsittelyä, mikä vähentää vastaanottimen monimutkaisuutta ja lisää vaihekohinan sietokykyä.
Lisäksi vaihelukittujen LO-kampasignaalien käyttö rinnakkaisessa koherentissa vastaanotossa mahdollistaa jopa koko WDM-signaalin aikatasoaaltomuodon rekonstruoinnin, mikä kompensoi siirtokuidun optisten epälineaarisuuksien aiheuttamia häiriötiloja. Näiden kampapohjaisen signaalinsiirron käsitteellisten etujen lisäksi pienempi koko ja kustannustehokas massatuotanto ovat myös avainasemassa tulevaisuuden WDM-lähetin-vastaanottimissa.
Siksi erilaisten kampasignaaligeneraattorikonseptien joukossa sirumittakaavan laitteet ovat erityisen kiinnostavia. Yhdistettynä erittäin skaalautuviin fotonisiin integroituihin piireihin datasignaalin modulointia, multipleksointia, reititystä ja vastaanottoa varten, tällaiset laitteet voivat olla avain kompakteihin, erittäin tehokkaisiin WDM-lähetin-vastaanottimiin, joita voidaan valmistaa suuria määriä alhaisilla kustannuksilla ja joiden lähetyskapasiteetti on jopa kymmeniä Tbit/s kuitua kohden.
Seuraava kuva esittää kaaviokuvan WDM-lähettimestä, joka käyttää optista taajuuskampaa FCG usean aallonpituuden valonlähteenä. FCG-kampasignaali erotetaan ensin demultiplekserissä (DEMUX) ja sitten se syötetään EOM-elektrooptiseen modulaattoriin. Tämän kautta signaali altistetaan edistyneelle QAM-kvadratuuriamplitudimodulaatiolle optimaalisen spektraalisen hyötysuhteen (SE) saavuttamiseksi.
Lähettimen ulostulossa kanavat yhdistetään uudelleen multiplekserissä (MUX) ja WDM-signaalit lähetetään yksimuotokuidun kautta. Vastaanottopäässä aallonpituusjakoinen multipleksointivastaanotin (WDM Rx) käyttää toisen FCG:n LO-paikallisoskillaattoria moniaallonpituiseen koherenttiin ilmaisuun. Sisään tulevien WDM-signaalien kanavat erotetaan demultiplekserillä ja syötetään koherentille vastaanotinryhmälle (Coh. Rx), jossa paikallisoskillaattorin LO demultipleksointitaajuutta käytetään vaihereferenssinä kullekin koherentille vastaanottimelle. Tällaisten WDM-linkkien suorituskyky riippuu luonnollisesti suurelta osin alla olevasta kampasignaaligeneraattorista, erityisesti optisen linjan leveydestä ja optisesta tehosta kampalinjaa kohden.
Optinen taajuuskampatekniikka on toki vielä kehitysvaiheessa, ja sen sovellusskenaariot ja markkinakoko ovat suhteellisen pieniä. Jos se pystyy voittamaan tekniset pullonkaulat, vähentämään kustannuksia ja parantamaan luotettavuutta, on mahdollista saavuttaa mittakaavatason sovelluksia optisessa tiedonsiirrossa.
Julkaisun aika: 21.11.2024