DWDM: principios de multiplexación y amplificación

Cómo funciona el DWDM: desde la multiplexión hasta la compensación de ruido

El DWDM aprovecha múltiples longitudes de onda (lambda) dentro de la ventana transparente de la fibra óptica para transmitir señales simultáneamente. La fibra de sílice minimiza las pérdidas en las bandas de 1310 nm y 1550 nm (bandas C y L). El estándar ITU-T G.694.1 define una red densa de longitudes de onda, permitiendo hasta 40–80 canales lambda separados a 50 o 100 GHz, lo que aumenta la capacidad sin reemplazar la fibra.

Normas de fibra que definen la compatibilidad

• G.652: Fibra estándar con compensación de dispersión en la banda C.
• G.655: Optimizada para canales DWDM de alta velocidad a 10 Gbps.
• G.654: Atenuación más baja para redes troncales de larga distancia.

Componentes del sistema: MUX, DEMUX y módulos SFP

Un multiplexor DWDM (MUX/DEMUX) es un dispositivo pasivo que combina o separa señales por longitud de onda, independientemente de la tasa de datos. Se requiere un módulo SFP coloreado en la entrada del MUX para generar una señal en una longitud de onda fija.

Opciones de integración con equipos cliente:

• Conexión directa: Se inserta un SFP coloreado en un switch/router, con un cable patch conectado directamente al MUX. Ideal para equipos que admiten módulos DWDM.
• A través de transpondedor (OTU): Un SFP gris (por ejemplo, 10G-LR a 1310 nm) se convierte en un lambda DWDM. El transpondedor regenera la señal, la procesa electrónicamente y la envía mediante un SFP coloreado.

Esto permite integrar equipos heredados en redes DWDM sin problemas.

Transmisión de señales independiente de la tasa

Los dispositivos MUX pasivos soportan cualquier tasa de datos (10G, 100G, 400G) dentro del ancho de banda espectral de cada lambda. Beneficios clave:

• Flexibilidad: Puedes mezclar módulos de 10G y 100G en un solo MUX.
• Camino de actualización: Reemplaza los SFP por módulos coherentes de 100G sin retirar el MUX.

Limitación: La separación entre canales debe evitar solapamientos. Cálculo de frecuencia: frecuencia = c / λ, donde c ≈ 200.000 km/s (velocidad de la luz en fibra).

Modulación coherente para enlaces de alta velocidad

Los sistemas coherentes aprovechan la fase, polarización y amplitud de la luz para empaquetar 100 Gbps en un canal de 50 GHz (0,4 nm). Los chips DSP compensan la dispersión cromática y no linealidades, permitiendo transmisiones superiores a 1.500 km sin regeneración.

Operación híbrida: Un MUX puede soportar tanto canales NRZ de 10G como DP-QPSK de 100G.

Amplificación y gestión del ruido

La atenuación en fibra es ~0,2 dB/km en la banda C. Los amplificadores de fibra dopada con erbio (EDFA) potencian todas las longitudes de onda simultáneamente.

Factores que limitan el alcance:

• Acumulación de ruido ASE (emisión espontánea amplificada).
• OSNR (relación señal-ruido óptica): umbral para 100G es ~12–14 dB.
• Pérdidas en MUX/DEMUX y empalmes (~1–2 dB por filtro).

Las distancias entre amplificadores varían de 50 a 170 km, dependiendo del tipo de fibra y margen de OSNR.

Consideraciones prácticas para despliegue

Los SFP reales tienen anchos espectrales >0,4 nm; los filtros del MUX truncan las colas, causando pérdidas de 1–2 dB y reduciendo el alcance. El diseño flexible (flex-grid) añade bandas de protección contra desviaciones térmicas y envejecimiento.

Medidas para mitigar errores:

• Margen de potencia de 3–6 dB.
• FEC en DSP para corrección de errores a bajo OSNR.
• Compensación digital de dispersión.
• Nivelación de potencia por canal.
• Monitoreo espectral basado en OSA.
• Uso de canales pares e impares como bandas de protección.

Conclusiones clave

• El DWDM escala la capacidad de la fibra sin instalar nuevos cables, usando rejillas de longitudes de onda densas.
• Los dispositivos MUX/DEMUX pasivos son independientes de la tasa, permitiendo actualizaciones flexibles.
• Los módulos coherentes encajan 100+ Gbps en rejillas estándar de 50 GHz gracias a la compensación basada en DSP.
• El OSNR y el ruido ASE limitan el alcance; el FEC y los márgenes extienden los tramos hasta 170 km.
• Los transpondedores permiten integrar SFP grises en redes DWDM.

— Editorial Team