تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي

📅 آخر تحديث: ٢١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة

في مجال الاتصالات عبر الألياف الضوئية ، تُعدّ تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي ( WDM ) تقنيةً تقوم بدمج عدد من إشارات الموجة الحاملة الضوئية على ليف ضوئي واحد باستخدام أطوال موجية مختلفة (أي ألوان مختلفة) من ضوء الليزر . [ 1 ] تُمكّن هذه التقنية من الاتصالات ثنائية الاتجاه عبر ليف ضوئي واحد (وتُسمى أيضًا ازدواج الإرسال بتقسيم الطول الموجي )، بالإضافة إلى مضاعفة السعة. [ 1 ]

يُستخدم مصطلح WDM عادةً للإشارة إلى الموجة الحاملة الضوئية، والتي تُوصف عادةً بطولها الموجي، بينما يُستخدم مصطلح تعدد الإرسال بتقسيم التردد عادةً للإشارة الحاملة الراديوية، والتي تُوصف غالبًا بالتردد . [ 2 ] هذا اصطلاحٌ بحت لأن الطول الموجي والتردد ينقلان نفس المعلومات. تحديدًا، حاصل ضرب التردد (بالهرتز، وهو عدد الدورات في الثانية) في الطول الموجي (الطول الفيزيائي لدورة واحدة) يساوي سرعة الموجة الحاملة. في الفراغ، تكون هذه السرعة مساوية لسرعة الضوء (ويُرمز لها عادةً بالحرف c). أما في الألياف الزجاجية، فتكون السرعة أبطأ بكثير - عادةً حوالي 0.7 من c. معدل نقل البيانات في الأنظمة العملية هو جزء من تردد الموجة الحاملة.

الأنظمة

مبدأ تشغيل تقنية تقسيم الطول الموجي
نظام WDM/DWDM في الرف 19/21 بوصة

يستخدم نظام WDM مُضاعِف إشارات في جهاز الإرسال لدمج الإشارات المتعددة، ومُفَكِّك إشارات في جهاز الاستقبال لفصلها. [ 1 ] وباستخدام النوع المناسب من الألياف الضوئية، يُمكن الحصول على جهاز يقوم بالوظيفتين معًا، ويعمل كمُضاعِف إشارات ضوئي للإضافة والإسقاط . وقد كانت أجهزة الترشيح الضوئي المستخدمة تقليديًا عبارة عن إيتالونات ( مقاييس تداخل فابري-بيرو أحادية التردد مستقرة الحالة الصلبة ، مصنوعة من زجاج بصري مطلي بطبقة رقيقة). ونظرًا لوجود ثلاثة أنواع مختلفة من WDM، يُطلق على أحدها اسم WDM ، يُستخدم عادةً الرمز xWDM عند الحديث عن هذه التقنية. [ 3 ]

نُشر المفهوم لأول مرة عام 1970 بواسطة ديلانج، [ 4 ] وبحلول عام 1980، كانت أنظمة تقسيم الطول الموجي (WDM) قيد التنفيذ في المختبر. جمعت أنظمة WDM الأولى إشارتين فقط. أما الأنظمة الحديثة، فتستطيع معالجة 160 إشارة، وبالتالي توسيع نطاق النظام الأساسي.نظام بسرعة 100 جيجابت/ثانية  عبر زوج ألياف ضوئية واحد إلى أكثر16 تيرابت/ثانية  . يوجد أيضًا نظام مكون من 320 قناة (  بفاصل 12.5 جيجاهرتز بين القنوات، انظر أدناه).

تحظى أنظمة تقسيم الطول الموجي (WDM) بشعبية واسعة لدى شركات الاتصالات ، إذ تتيح لها توسيع سعة الشبكة دون الحاجة إلى مدّ المزيد من الألياف الضوئية. وباستخدام تقنية WDM ومضخمات الإشارة الضوئية ، تستطيع هذه الشركات استيعاب تطورات تكنولوجية متعددة في بنيتها التحتية الضوئية دون الحاجة إلى إعادة هيكلة الشبكة الأساسية. ويمكن توسيع سعة أي وصلة ببساطة عن طريق ترقية أجهزة الإرسال والاستقبال (المضاعفات والمفككات) في كل طرف.

يتم ذلك غالبًا باستخدام تقنية التحويل الضوئي-الكهربائي-الضوئي (O/E/O) على حافة شبكة النقل، مما يسمح بالتشغيل البيني مع المعدات الموجودة ذات الواجهات الضوئية. [ 3 ]

تعتمد معظم أنظمة تقسيم الطول الموجي (WDM) على كابلات الألياف الضوئية أحادية النمط التي يبلغ قطر لبها 9  ميكرومتر. ويمكن استخدام بعض أنواع أنظمة تقسيم الطول الموجي أيضًا في كابلات الألياف الضوئية متعددة الأنماط (المعروفة أيضًا باسم كابلات المباني) التي يبلغ قطر لبها 50 أو 62.5  ميكرومتر.

كانت أنظمة WDM المبكرة مكلفة ومعقدة التشغيل. ومع ذلك، فقد ساهم التوحيد القياسي الحديث والفهم الأفضل لديناميكيات أنظمة WDM في جعل نشرها أقل تكلفة.

تتميز أجهزة الاستقبال الضوئية، على عكس مصادر الليزر، بأنها أجهزة ذات نطاق ترددي واسع . لذلك، يجب أن يوفر جهاز فك التشفير انتقائية الطول الموجي لجهاز الاستقبال في نظام تقسيم الطول الموجي.

تُقسّم أنظمة تقسيم الطول الموجي (WDM) إلى ثلاثة أنماط مختلفة للأطوال الموجية: النمط العادي (WDM)، والنمط الخشن (CWDM)، والنمط الكثيف (DWDM). يستخدم النمط العادي (WDM) (ويُسمى أحيانًا BWDM) الطولين الموجيين 1310 و1550  نانومتر على ليف بصري واحد. يوفر النمط الخشن (CWDM) ما يصل إلى 16 قناة عبر نوافذ إرسال متعددة لألياف السيليكا. أما النمط الكثيف (DWDM) فيستخدم نافذة الإرسال في النطاق C (1530-1565  نانومتر  ) ولكن بتباعد قنوات أكثر كثافة. تختلف خطط القنوات، ولكن يستخدم نظام DWDM النموذجي 40 قناة  بتباعد 100 جيجاهرتز أو 80 قناة  بتباعد 50 جيجاهرتز. بعض التقنيات قادرة على الوصول  إلى تباعد 12.5 جيجاهرتز (ويُسمى أحيانًا WDM فائق الكثافة). تتيح خيارات التضخيم الجديدة ( تضخيم رامان ) تمديد الأطوال الموجية القابلة للاستخدام إلى النطاق L (1565-1625  نانومتر)، مما يؤدي إلى مضاعفة هذه الأرقام تقريبًا.

يستخدم نظام تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي الخشن (CWDM)، على عكس نظام تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي الكثيف (DWDM)، تباعدًا أكبر بين القنوات، مما يسمح بتصميمات أجهزة إرسال واستقبال أقل تعقيدًا وبالتالي أرخص. ولتوفير 16 قناة على ليف بصري واحد، يستخدم نظام CWDM نطاق التردد الكامل الذي يغطي نافذتي الإرسال الثانية والثالثة (1310/1550  نانومتر على التوالي)، بما في ذلك الترددات الحرجة التي قد يحدث عندها تشتت OH. يُوصى باستخدام ألياف السيليكا الخالية من OH في حال الرغبة باستخدام الأطوال الموجية بين نافذتي الإرسال الثانية والثالثة. [ 5 ] بتجنب هذه المنطقة، تبقى القنوات 47، 49، 51، 53، 55، 57، 59، 61، وهي الأكثر استخدامًا. مع ألياف OS2، يتم التغلب على مشكلة ذروة الماء، ويمكن استخدام جميع القنوات الـ 18 الممكنة.

تعتمد تقنيات WDM وCWDM وDWDM على نفس المبدأ، وهو استخدام أطوال موجية متعددة للضوء على ليف بصري واحد، لكنها تختلف في تباعد الأطوال الموجية، وعدد القنوات، وقدرة تضخيم الإشارات المتعددة في المجال البصري. توفر مضخمات الألياف الضوئية المشبعة بالإربيوم (EDFAs) تضخيمًا فعالًا واسع النطاق لنطاق C ، بينما يضيف تضخيم رامان آلية للتضخيم في نطاق L. أما في تقنية CWDM، فلا يتوفر التضخيم البصري واسع النطاق، مما يحد من نطاق التغطية البصرية إلى بضعة عشرات من الكيلومترات.

WDM خشن

سلسلة من أجهزة الإرسال والاستقبال SFP+ لاتصالات WDM بسرعة 10 جيجابت/ثانية

في الأصل، كان مصطلح " الدمج بتقسيم الطول الموجي الخشن" (CWDM) عامًا إلى حد كبير، ويصف عددًا من تكوينات القنوات المختلفة. وبشكل عام، فإن اختيار المسافات بين القنوات والتردد في هذه التكوينات حال دون استخدام مضخمات الألياف الضوئية المطعمة بالإربيوم (EDFA). قبل توحيد الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) للمصطلح مؤخرًا، كان أحد التعريفات الشائعة لتقنية CWDM هو دمج إشارتين أو أكثر على ليف ضوئي واحد، إحداهما في  نطاق 1550 نانومتر والأخرى في  نطاق 1310 نانومتر.

في عام 2002، اعتمد الاتحاد الدولي للاتصالات معيارًا لشبكة تباعد القنوات لتقنية CWDM (ITU-T G.694.2) باستخدام أطوال موجية تتراوح بين 1270  نانومتر و1610  نانومتر، بتباعد بين القنوات يبلغ 20  نانومترًا. وتم تعديل معيار ITU G.694.2 في عام 2003 لإزاحة مراكز القنوات بمقدار 1  نانومتر، وبالتالي، بدقة، تتراوح أطوال الموجات المركزية بين 1271 و1611  نانومترًا. [ 6 ]  وتُعتبر العديد من أطوال موجات CWDM التي تقل عن 1470 نانومترًا غير قابلة للاستخدام على الألياف القديمة ذات مواصفات G.652 ، نظرًا لزيادة التوهين في  نطاقات 1270-1470 نانومترًا. الألياف الأحدث التي تتوافق مع معايير G.652.C و G.652.D [ 7 ] ، مثل Corning SMF-28e و Samsung Widepass، تقضي تقريبًا على ذروة التوهين المتعلقة بالماء عند 1383  نانومتر وتسمح بالتشغيل الكامل لجميع قنوات ITU CWDM الـ 18 في الشبكات الحضرية.

تتمثل السمة الرئيسية لمعيار ITU CWDM الأخير في عدم وجود تباعد مناسب بين الإشارات لتضخيمها بواسطة مضخمات الألياف الضوئية المطعمة بالإربيوم (EDFA). هذا يحد من المدى البصري الإجمالي لتقنية CWDM إلى حوالي 60  كيلومترًا لإشارة بسرعة 2.5 جيجابت/ثانية ، وهو ما يناسب التطبيقات الحضرية. كما أن متطلبات تثبيت التردد البصري المخففة تسمح بخفض تكاليف تقنية CWDM لتقترب من تكاليف المكونات البصرية غير المعتمدة على تقنية WDM.

تطبيقات CWDM

تُستخدم تقنية CWDM في شبكات التلفزيون الكبلي ، حيث تُستخدم أطوال موجية مختلفة لإشارات الاستقبال والتحميل . في هذه الأنظمة، غالبًا ما تكون الأطوال الموجية المستخدمة متباعدة بشكل كبير. على سبيل المثال، قد تكون إشارة الاستقبال عند 1310 نانومتر  بينما تكون إشارة التحميل عند 1550  نانومتر.

يُعد معيار الطبقة الفيزيائية 10GBASE -LX4 بسرعة 10 جيجابت/ثانية مثالاً على نظام CWDM الذي يستخدم أربعة أطوال موجية قريبة من 1310 نانومتر، يحمل كل منها... يتم استخدام تدفق بيانات بسرعة 3.125  جيجابت/ثانية لنقل 10 جيجابت/ثانية من البيانات المجمعة. [ 8 ]

تقنية CWDM السلبية هي تطبيق لتقنية CWDM لا يستهلك طاقة كهربائية. تفصل هذه التقنية الأطوال الموجية باستخدام مكونات بصرية سلبية مثل مرشحات تمرير النطاق والموشورات. يروج العديد من المصنّعين لتقنية CWDM السلبية لتوصيل الألياف الضوئية إلى المنازل.

WDM كثيف

يشير مصطلح "تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي الكثيف" (DWDM) في الأصل إلى تجميع الإشارات الضوئية ضمن نطاق 1550  نانومتر للاستفادة من إمكانيات (وتكلفة) مضخمات الألياف الضوئية المطعمة بالإربيوم (EDFAs)، والتي تُعدّ فعّالة للأطوال الموجية بين 1525 و1565  نانومتر تقريبًا ( النطاق C )، أو بين 1570 و1610  نانومتر ( النطاق L ). طُوّرت مضخمات الألياف الضوئية المطعمة بالإربيوم في الأصل لاستبدال مُجدّدات الإشارة الضوئية-الكهربائية-الضوئية (OEO) الخاصة بشبكات SONET/SDH ، والتي أصبحت الآن شبه منقرضة. تستطيع مضخمات الألياف الضوئية المطعمة بالإربيوم تضخيم أي إشارة ضوئية ضمن نطاق تشغيلها، بغض النظر عن معدل البت المُعدّل. وفيما يتعلق بالإشارات متعددة الأطوال الموجية، فما دام لدى مضخم الألياف الضوئية المطعمة بالإربيوم طاقة ضخ كافية، فإنه يستطيع تضخيم أكبر عدد ممكن من الإشارات الضوئية التي يمكن تجميعها في نطاق تضخيمه (مع العلم أن كثافة الإشارة محدودة باختيار تنسيق التعديل). لذا، تسمح مضخمات الألياف الضوئية المطعمة بالإربيوم (EDFAs) بترقية معدل نقل البيانات في وصلة بصرية أحادية القناة عن طريق استبدال المعدات الموجودة في طرفي الوصلة فقط، مع الحفاظ على مضخم الألياف الضوئية المطعمة بالإربيوم الحالي أو سلسلة مضخمات الألياف الضوئية المطعمة بالإربيوم على طول مسار النقل لمسافات طويلة. علاوة على ذلك، يمكن ترقية الوصلات أحادية الطول الموجي التي تستخدم مضخمات الألياف الضوئية المطعمة بالإربيوم إلى وصلات بتقسيم الطول الموجي (WDM) بتكلفة معقولة. وبالتالي، يتم توزيع تكلفة مضخم الألياف الضوئية المطعمة بالإربيوم على أكبر عدد ممكن من القنوات التي يمكن دمجها في نطاق 1550 نانومتر. يُستخدم تقسيم الطول الموجي الموزع (DWDM) من قبل شركات الاتصالات وبين مراكز البيانات لنقل كميات كبيرة من البيانات. [ 9 ] [ 10 ] 

أنظمة DWDM

في هذه المرحلة، يحتوي نظام DWDM الأساسي على عدة مكونات رئيسية:

مُضاعِف WDM لاتصالات DWDM
  1. مُضاعِف طرفي بتقنية DWDM . يحتوي هذا المُضاعِف على مُستقبِل مُحوِّل طول موجي لكل إشارة بيانات، ومُضاعِف ضوئي، ومُضخِّم ضوئي (EDFA) عند الحاجة. يستقبل كل مُستقبِل مُحوِّل طول موجي إشارة بيانات ضوئية من طبقة العميل، مثل SONET/SDH أو أي نوع آخر من إشارات البيانات، ويُحوِّل هذه الإشارة إلى المجال الكهربائي، ثم يُعيد إرسالها بطول موجي مُحدد باستخدام  ليزر نطاق 1550 نانومتر. بعد ذلك، تُدمج إشارات البيانات هذه في إشارة ضوئية متعددة الأطوال الموجية باستخدام مُضاعِف ضوئي، لنقلها عبر ليف بصري واحد (مثل ليف SMF-28). قد يتضمن المُضاعِف الطرفي مُضخِّم EDFA محليًا للإرسال لتضخيم طاقة الإشارة الضوئية متعددة الأطوال الموجية، أو قد لا يتضمنه. في منتصف التسعينيات، احتوت أنظمة DWDM على 4 أو 8 مُستقبِلات مُحوِّلة للطول الموجي؛ وبحلول عام 2000 تقريبًا، أصبحت الأنظمة التجارية القادرة على نقل 128 إشارة متاحة.
  2. يُوضع مُكرِّر خط وسيط كل 80-100 كيلومتر تقريبًا لتعويض فقدان  الطاقة الضوئية أثناء انتقال الإشارة عبر الألياف. تُضخَّم الإشارة الضوئية متعددة الأطوال الموجية بواسطة مُضخِّم ألياف ضوئية مُطعَّم بالإربيوم (EDFA)، والذي يتكون عادةً من عدة مراحل تضخيم.
  3. محطة طرفية بصرية وسيطة ، أو مُضاعِف الإضافة والإسقاط البصري (OADM) . وهي موقع تضخيم بعيد يُضخّم الإشارة متعددة الأطوال الموجية التي قد تكون قطعت مسافة تصل إلى 140  كيلومترًا أو أكثر قبل وصولها إلى الموقع البعيد. غالبًا ما تُستخرج أو تُضاف أنظمة التشخيص البصري والقياس عن بُعد في هذا الموقع لتحديد أي انقطاعات في الألياف أو تشوهات في الإشارة. في الأنظمة الأكثر تطورًا (التي لم تعد تعمل بنظام نقطة إلى نقطة)، قد تُزال عدة إشارات من الإشارة البصرية متعددة الأطوال الموجية وتُسقط محليًا.
  4. مُزيل إرسال الإشارات الطرفي بتقنية DWDM . في الموقع البعيد، يقوم مُزيل الإرسال الطرفي، المُكوّن من مُزيل إرسال ضوئي وجهاز إرسال واستقبال واحد أو أكثر لتحويل الطول الموجي، بفصل الإشارة الضوئية متعددة الأطوال الموجية إلى إشارات بيانات فردية، ثم يُخرجها عبر ألياف منفصلة لأنظمة طبقة العميل (مثل SONET/SDH). في الأصل، كان هذا الفصل يتم بشكل سلبي تمامًا، باستثناء بعض بيانات القياس عن بُعد، حيث أن معظم أنظمة SONET قادرة على استقبال  إشارات بطول موجي 1550 نانومتر. مع ذلك، وللسماح بالإرسال إلى أنظمة طبقة العميل البعيدة (ولتحديد سلامة الإشارة في المجال الرقمي)، تُرسل هذه الإشارات المُفككة عادةً إلى أجهزة إرسال واستقبال ذات مخرج O/E/O قبل إعادة توجيهها إلى أنظمة طبقة العميل الخاصة بها. في كثير من الأحيان، تُدمج وظائف جهاز الإرسال والاستقبال المُخرَج في وظائف جهاز الإرسال والاستقبال المُدخَل، بحيث تحتوي معظم الأنظمة التجارية على أجهزة إرسال واستقبال تدعم واجهات ثنائية الاتجاه على كلٍ من  جانبها الداخلي (1550 نانومتر) والخارجي (المُوجَّه للعميل).  كما قد تُجري أجهزة الإرسال والاستقبال في بعض الأنظمة التي تدعم التشغيل الاسمي بتردد 40 جيجاهرتز تصحيحًا للخطأ الأمامي (FEC) عبر تقنية التغليف الرقمي ، كما هو موضح في معيار ITU-T G.709 .
  5. قناة الإشراف الضوئية (OSC) . هي قناة بيانات تستخدم طول موجة إضافي، عادةً خارج نطاق تضخيم مضخم الألياف الضوئية المطعمة بالإربيوم (EDFA) (عند 1510  نانومتر، أو 1620  نانومتر، أو 1310  نانومتر، أو طول موجة خاص آخر). تحمل قناة الإشراف الضوئية معلومات حول الإشارة الضوئية متعددة الأطوال الموجية، بالإضافة إلى معلومات عن الظروف البعيدة في المحطة الطرفية الضوئية أو موقع مضخم الألياف الضوئية المطعمة بالإربيوم. كما تُستخدم عادةً لتحديثات البرامج عن بُعد ومعلومات إدارة الشبكة للمستخدم (أي مشغل الشبكة). وهي النظير متعدد الأطوال الموجية لقناة الإشراف الضوئية (DCC) في بروتوكول SONET. تشير معايير الاتحاد الدولي للاتصالات إلى أن قناة الإشراف الضوئية يجب أن تستخدم بنية إشارة OC-3، على الرغم من أن بعض الموردين اختاروا استخدام إيثرنت سريع أو تنسيق إشارة آخر. على عكس إشارة 1550  نانومتر متعددة الأطوال الموجية التي تحتوي على بيانات العميل، تنتهي قناة الإشراف الضوئية دائمًا في مواقع المضخمات الوسيطة، حيث تستقبل المعلومات المحلية قبل إعادة الإرسال.

سهّل إدخال شبكة الترددات ITU-T G.694.1 [ 11 ] في عام 2002 دمج تقنية تقسيم الطول الموجي (WDM) مع أنظمة SONET/SDH الأقدم والأكثر شيوعًا. تُوضع أطوال موجات WDM في شبكة بفاصل 100 جيجاهرتز (حوالي 0.8 نانومتر) في التردد البصري، مع تردد مرجعي ثابت عند 193.10 تيراهيرتز (1552.52 نانومتر). [ 12 ] تقع الشبكة الرئيسية ضمن نطاق تردد مضخم الألياف الضوئية، ولكن يمكن توسيعها لتشمل نطاقات تردد أوسع. أُجري أول تطبيق تجاري لتقنية DWDM بواسطة شركة سيينا على شبكة سبرينت في يونيو 1996. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] تستخدم أنظمة DWDM الحالية فاصل قنوات 50 جيجاهرتز أو حتى 25 جيجاهرتز لتشغيل ما يصل إلى 160 قناة.      [ 16 ]

تتطلب أنظمة DWDM الحفاظ على استقرار أكبر في الطول الموجي أو التردد مقارنةً بأنظمة CWDM، وذلك بسبب تقارب الأطوال الموجية. كما تتطلب أنظمة DWDM تحكمًا دقيقًا في درجة حرارة جهاز إرسال الليزر لمنع انحرافه عن نطاق ترددي ضيق جدًا يصل إلى بضعة جيجاهرتز. إضافةً إلى ذلك، ونظرًا لأن DWDM توفر سعة قصوى أكبر، فإنها تُستخدم عادةً في مستويات أعلى من التسلسل الهرمي للاتصالات مقارنةً بـ CWDM، كما هو الحال في البنية التحتية للإنترنت ، وبالتالي ترتبط بمعدلات تعديل أعلى، مما يُقلل من سوق أجهزة DWDM عالية الأداء. ونتيجةً لذلك، تُصبح أنظمة DWDM أغلى ثمنًا من أنظمة CWDM.

تشمل الابتكارات الحديثة في أنظمة نقل DWDM وحدات إرسال واستقبال قابلة للتوصيل والضبط عبر البرمجيات، قادرة على العمل على 40 أو 80 قناة. وهذا يقلل بشكل كبير من الحاجة إلى وحدات احتياطية منفصلة قابلة للتوصيل، حيث يمكن لعدد قليل من الأجهزة القابلة للتوصيل التعامل مع النطاق الكامل للأطوال الموجية.

أجهزة الإرسال والاستقبال لتحويل الطول الموجي

كانت أجهزة الإرسال والاستقبال المحولة للطول الموجي في الأصل تحوّل الطول الموجي للإرسال لإشارة طبقة العميل إلى أحد الأطوال الموجية الداخلية لنظام DWDM في  نطاق 1550 نانومتر. أما الأطوال الموجية الخارجية في نطاق 1550  نانومتر، فمن المرجح أنها تحتاج إلى تحويل، لأنها على الأرجح لا تملك مستويات استقرار التردد المطلوبة ولا القدرة الضوئية اللازمة لمضخم الألياف الضوئية المطعمة بالإربيوم (EDFA) الخاص بالنظام.

في منتصف التسعينيات، اكتسبت أجهزة الإرسال والاستقبال المحولة للطول الموجي وظيفة إضافية تتمثل في إعادة توليد الإشارة . وتطورت هذه الوظيفة في أجهزة الإرسال والاستقبال بسرعة من خلال إعادة التوليد من النوع 1R إلى 2R ثم إلى 3R، وصولاً إلى أجهزة إعادة التوليد متعددة معدلات البت من النوع 3R المزودة بمراقبة البيانات الإضافية. وفيما يلي توضيح لهذه الاختلافات:

1R
إعادة الإرسال. في الأساس، كانت أجهزة الإرسال والاستقبال المبكرة تُنتج إشارات رديئة، حيث كان خرجها نسخةً تناظريةً تقريبًا من الإشارة الضوئية المُستقبلة، مع قلة تنقية الإشارة. وقد حدّ هذا من نطاق أنظمة DWDM المبكرة، إذ كان لا بد من تسليم الإشارة إلى جهاز استقبال على مستوى العميل (غالبًا من مُصنِّع مختلف) قبل أن تتدهور الإشارة بشكل كبير. واقتصرت مراقبة الإشارة بشكل أساسي على معايير المجال الضوئي، مثل القدرة المُستقبلة.
2R
إعادة ضبط التوقيت وإعادة الإرسال. لم تكن أجهزة الإرسال والاستقبال من هذا النوع شائعة جدًا، وكانت تستخدم طريقة شميت شبه الرقمية لتنقية الإشارة. وقد أجرت هذه الأجهزة بعض عمليات مراقبة جودة الإشارة البدائية التي اعتمدت أساسًا على المعايير التناظرية.
3R
إعادة التوقيت، إعادة الإرسال، إعادة التشكيل. كانت أجهزة الإرسال والاستقبال 3R رقمية بالكامل، وقادرة عادةً على عرض بايتات بيانات طبقة SONET/SDH الإضافية، مثل A1 وA2، لتحديد جودة الإشارة. توفر العديد من الأنظمة أجهزة إرسال واستقبال بسرعة 2.5 جيجابت/ثانية ، مما يعني عادةً قدرة الجهاز على إجراء إعادة توليد 3R على إشارات OC-3/12/48، وربما إيثرنت جيجابت، والإبلاغ عن جودة الإشارة من خلال مراقبة بايتات بيانات طبقة SONET/SDH الإضافية. تستطيع العديد من أجهزة الإرسال والاستقبال إجراء إعادة توليد 3R متعددة المعدلات بالكامل في كلا الاتجاهين. يوفر بعض الموردين أجهزة إرسال واستقبال بسرعة 10 جيجابت/ثانية ، والتي تُجري مراقبة بيانات طبقة SONET/SDH الإضافية لجميع المعدلات حتى OC-192.
موكسبوندر
يُعرف جهاز الإرسال والاستقبال المتعدد (المُوَجِّه المُوَزِّع) بأسماء مختلفة حسب الشركة المُصنِّعة. وهو يقوم أساسًا بعملية مُضاعفة الإرسال بتقسيم الوقت (TDM) البسيطة نسبيًا، حيث يُحوِّل الإشارات ذات معدل الإرسال المنخفض إلى إشارة حاملة ذات معدل إرسال أعلى داخل النظام (ومن الأمثلة الشائعة على ذلك القدرة على استقبال 4 إشارات OC-48 ثم إخراج إشارة OC-192 واحدة في  نطاق 1550 نانومتر). وقد استوعبت تصميمات المُوَجِّه المُوَزِّع الحديثة المزيد من وظائف TDM، مما يُغني في بعض الحالات عن الحاجة إلى معدات نقل SONET/SDH التقليدية.

قائمة قنوات DWDM

بالنسبة لتقنية DWDM، يُعد النطاق بين C21 وC60 هو النطاق الأكثر شيوعًا، وذلك بالنسبة لتقنية Mux/Demux بأحجام 8 أو 16 أو 40 أو 96. [ 17 ] [ 18 ]

 قنوات الاتحاد الدولي للاتصالات بتردد 100 جيجاهرتز
القناةالتردد المركزي (تيراهيرتز)الطول الموجي (نانومتر)
1190.11577.03
2190.21576.2
3190.31575.37
4190.41574.54
5190.51573.71
6190.61572.89
7190.71572.06
8190.81571.24
9190.91570.42
10191.01569.59
11191.11568.77
12191.21567.95
13191.31567.13
14191.41566.31
15191.51565.5
16191.61564.68
17191.71563.86
18191.81563.05
19191.91562.23
20192.01561.41
21192.11560.61
22192.21559.79
23192.31558.98
24192.41558.17
25192.51557.36
26192.61556.55
27192.71555.75
28192.81554.94
29192.91554.13
30193.01553.33
31193.11552.52
32193.21551.72
33193.31550.92
34193.41550.12
35193.51549.32
36193.61548.51
37193.71547.72
38193.81546.92
39193.91546.12
40194.01545.32
41194.11544.53
42194.21543.73
43194.31542.94
44194.41542.14
45194.51541.35
46194.61540.56
47194.71539.77
48194.81538.98
49194.91538.19
50195.01537.4
51195.11536.61
52195.21535.82
53195.31535.04
54195.41534.25
55195.51533.47
56195.61532.68
57195.71531.9
58195.81531.12
59195.91530.33
60196.01529.55
61196.11528.77
62196.21527.99
63196.31527.22
64196.41526.44
65196.51525.66
66196.61524.89
67196.71524.11
68196.81523.34
69196.91522.56
70197.01521.79
71197.11521.02
72197.21520.25
 قنوات الاتحاد الدولي للاتصالات بتردد 50 جيجاهرتز
القناةالتردد المركزي (تيراهيرتز)الطول الموجي (نانومتر)
1190.11577.03
1.5190.151576.61
2190.21576.2
2.5190.251575.78
3190.31575.37
3.5190.351574.95
4190.41574.54
4.5190.451574.13
5190.51573.71
5.5190.551573.3
6190.61572.89
6.5190.651572.48
7190.71572.06
7.5190.751571.65
8190.81571.24
8.5190.851570.83
9190.91570.42
9.5190.951570.01
101911569.59
10.5191.051569.18
11191.11568.77
11.5191.151568.36
12191.21567.95
12.5191.251567.54
13191.31567.13
13.5191.351566.72
14191.41566.31
14.5191.451565.9
15191.51565.5
15.5191.551565.09
16191.61564.68
16.5191.651564.27
17191.71563.86
17.5191.751563.45
18191.81563.05
18.5191.851562.64
19191.91562.23
19.5191.951561.83
201921561.42
20.5192.051561.01
21192.11560.61
21.5192.151560.2
22192.21559.79
22.5192.251559.39
23192.31558.98
23.5192.351558.58
24192.41558.17
24.5192.451557.77
25192.51557.36
25.5192.551556.96
26192.61556.56
26.5192.651556.15
27192.71555.75
27.5192.751555.34
28192.81554.94
28.5192.851554.54
29192.91554.13
29.5192.951553.73
301931553.33
30.5193.051552.93
31193.11552.52
31.5193.151552.12
32193.21551.72
32.5193.251551.32
33193.31550.92
33.5193.351550.52
34193.41550.12
34.5193.451549.72
35193.51549.32
35.5193.551548.91
36193.61548.52
36.5193.651548.11
37193.71547.72
37.5193.751547.32
38193.81546.92
38.5193.851546,52
39193.91546,12
39.5193.951545.72
401941545.32
40.5194.051544.92
41194.11544.53
41.5194.151544.13
42194.21543.73
42.5194.251543.33
43194.31542.94
43.5194.351542.54
44194.41542.14
44.5194.451541.75
45194.51541.35
45.5194.551540.95
46194.61540.56
46.5194.651540.16
47194.71539.77
47.5194.751539.37
48194.81538.98
48.5194.851538.58
49194.91538.19
49.5194.951537.79
501951537.4
50.5195.051537
51195.11536.61
51.5195.151536.22
52195.21535.82
52.5195.251535.43
53195.31535.04
53.5195.351534.64
54195.41534.25
54.5195.451533.86
55195.51533.47
55.5195.551533.07
56195.61532.68
56.5195.651532.29
57195.71531.9
57.5195.751531.51
58195.81531.12
58.5195.851530.72
59195.91530.33
59.5195.951529.94
601961529.55
60.5196.051529.16
61196.11528.77
61.5196.151528.38
62196.21527.99
62.5196.251527.6
63196.31527.22
63.5196.351526.83
64196.41526.44
64.5196.451526.05
65196.51525.66
65.5196.551525.27
66196.61524.89
66.5196.651524.5
67196.71524.11
67.5196.751523.72
68196.81523.34
68.5196.851522.95
69196.91522.56
69.5196.951522.18
701971521.79
70.5197.051521.4
71197.11521.02
71.5197.151520.63
72197.21520.25
72.5197.251519.86

مُضاعِف الإضافة والإسقاط البصري القابل لإعادة التكوين (ROADM)

كما ذُكر سابقًا، قد تسمح مواقع التضخيم الضوئي الوسيطة في أنظمة DWDM بإضافة أو حذف قنوات ذات أطوال موجية محددة. في معظم الأنظمة المُستخدمة حتى أغسطس 2006، لا يتم ذلك إلا نادرًا، لأن إضافة أو حذف الأطوال الموجية يتطلب إدخال أو استبدال بطاقات انتقائية للأطوال الموجية يدويًا. هذا مكلف، وفي بعض الأنظمة يتطلب إزالة جميع البيانات النشطة من نظام DWDM لأن إدخال أو إزالة البطاقات الخاصة بالأطوال الموجية يُعطل الإشارة الضوئية متعددة الأطوال الموجية.

باستخدام جهاز ROADM، يستطيع مشغلو الشبكات إعادة تهيئة المُضاعِف عن بُعد عبر إرسال أوامر برمجية. يتميز تصميم ROADM بأن إضافة أو حذف أطوال موجية لا يؤثر على قنوات المرور . تُستخدم تقنيات عديدة في أجهزة ROADM التجارية المختلفة، مع مراعاة التوازن بين التكلفة والطاقة الضوئية والمرونة.

الموصلات الضوئية المتقاطعة (OXCs)

عندما تكون بنية الشبكة متشابكة، حيث تتصل العقد ببعضها البعض عبر الألياف لتشكيل رسم بياني عشوائي، يلزم وجود جهاز توصيل ألياف إضافي لتوجيه الإشارات من منفذ الإدخال إلى منفذ الإخراج المطلوب. تُسمى هذه الأجهزة بالموصلات الضوئية المتقاطعة (OXCs). تشمل فئات الموصلات الضوئية المتقاطعة المختلفة أجهزة إلكترونية ("معتمة")، وأجهزة ضوئية ("شفافة")، وأجهزة انتقائية للطول الموجي.

WDM المحسن

نظام WDM المحسن من سيسكو هو بنية شبكة تجمع بين نوعين مختلفين من تقنيات تعدد الإرسال لنقل البيانات عبر الألياف الضوئية.

تجمع تقنية EWDM بين اتصالات CWDM بسرعة 1 جيجابت/ثانية باستخدام وحدات SFP وGBIC، واتصالات DWDM بسرعة 10 جيجابت/ثانية باستخدام وحدات XENPAK أو X2 أو XFP DWDM. ويمكن لنظام EWDM استخدام اتصالات DWDM السلبية أو المعززة لزيادة مدى الاتصال. إضافةً إلى ذلك، توفر الوحدات القابلة للتوصيل من نوع C سرعة إيثرنت تصل إلى 100 جيجابت/ثانية، وهي مناسبة لاتصالات الإنترنت عالية السرعة.

WDM للموجات القصيرة

تستخدم تقنية WDM ذات الموجات القصيرة أجهزة إرسال واستقبال ليزر انبعاث السطح ذو التجويف الرأسي (VCSEL) بأربعة أطوال موجية في  نطاق 846 إلى 953 نانومتر عبر ليف OM5 واحد، أو اتصال ثنائي الألياف لألياف OM3/OM4. [ 8 ]

أجهزة الإرسال والاستقبال مقابل أجهزة الإرسال والاستقبال

أجهزة الإرسال والاستقبال
بما أن الاتصال عبر طول موجي واحد هو اتصال أحادي الاتجاه ( اتصال أحادي الاتجاه )، ومعظم أنظمة الاتصالات العملية تتطلب اتصالاً ثنائي الاتجاه ( اتصال ثنائي الاتجاه )، فسيلزم استخدام طولين موجيين إذا كان الاتصال على نفس الليف. أما إذا استُخدمت ألياف منفصلة فيما يُعرف بزوج الألياف، فسيتم استخدام نفس الطول الموجي عادةً، وهذا ليس اتصالاً بتقسيم الطول الموجي (WDM). ونتيجةً لذلك، سيلزم وجود جهاز إرسال وجهاز استقبال في كل طرف. يُطلق على جهاز الإرسال والاستقبال اسم جهاز الإرسال والاستقبال؛ وهو يحوّل الإشارة الكهربائية من وإلى إشارة ضوئية. تتطلب أجهزة الإرسال والاستقبال بتقسيم الطول الموجي (WDM) المصممة للعمل على ليف واحد أن يستخدم جهازا الإرسال المتقابلان أطوالاً موجية مختلفة. كما تتطلب هذه الأجهزة مُقسِّم/مُجمِّعًا ضوئيًا لربط مساري الإرسال والاستقبال على ليف واحد.
  • أطوال موجات جهاز الإرسال والاستقبال CWDM الخشن: 1271  نانومتر، 1291  نانومتر، 1311  نانومتر، 1331  نانومتر  ، 1351  نانومتر، 1371  نانومتر، 1391 نانومتر، 1411  نانومتر، 1431  نانومتر، 1451  نانومتر، 1471  نانومتر، 1491  نانومتر، 1511  نانومتر، 1531  نانومتر، 1551  نانومتر، 1571  نانومتر، 1591  نانومتر، 1611  نانومتر.
  • أجهزة الإرسال والاستقبال ذات النطاق العريض الكثيف (DWDM): القناة 17 إلى القناة 61 وفقًا لـ ITU-T.
جهاز الإرسال والاستقبال
عمليًا، لن تكون مدخلات ومخرجات الإشارة كهربائية، بل ضوئية (عادةً عند 1550  نانومتر). هذا يعني الحاجة إلى محولات أطوال موجية، وهو ما يُعرف بجهاز الإرسال والاستقبال. يتكون جهاز الإرسال والاستقبال من جهازي إرسال واستقبال متتاليين: الأول يحول الإشارة  الضوئية عند 1550 نانومتر من/إلى إشارة كهربائية، والثاني يحول الإشارة الكهربائية من/إلى إشارة ضوئية عند الطول الموجي المطلوب. ويجري حاليًا تطوير أجهزة إرسال واستقبال لا تستخدم إشارة كهربائية وسيطة (أجهزة إرسال واستقبال ضوئية بالكامل).

انظر أيضًا إلى أجهزة الإرسال والاستقبال (الاتصالات الضوئية) للاطلاع على وجهات نظر وظيفية مختلفة حول معنى أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 كاي، هونغ؛ باركس، جوزيف و. (2015). "تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي البصري المائع للكشف عن فيروس واحد" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 112 (42): 12933-12937 . Bibcode : 2015PNAS..11212933O . doi : 10.1073/pnas.1511921112 . JSTOR 26465542. PMC 4620877. PMID 26438840 .   
  2. ↑ يوان، يي؛ وانغ، تشاو (2019). "نقل البيانات الكهرومغناطيسية البحرية عبر مسارات متعددة باستخدام أجهزة استشعار موزعة". مجلة أبحاث السواحل . 97 : 99-102 . doi : 10.2112/SI97-013.1 . JSTOR 26853785. S2CID 208620293 .  
  3. 1 2 لي، هونغتشين؛ تشونغ، تشيتشنغ (2019). "تحليل ومحاكاة خوارزمية مورفولوجيا مصفوفة الهيدروفونات الليفية البصرية في الاستكشاف الزلزالي البحري". مجلة أبحاث السواحل . 94 : 145-148 . doi : 10.2112/SI94-029.1 . JSTOR 26853921. S2CID 202549795 .  
  4. ↑ OE Delange، "أنظمة الاتصالات الضوئية ذات النطاق العريض، الجزء 11 - تعدد الإرسال بتقسيم التردد". IEEE، المجلد 58، ص 1683، أكتوبر 1970.
  5. ↑ باشوتا، د. روديجر (9 مارس 2005). "اتصالات الألياف الضوئية" . موسوعة RP Photonics . doi : 10.61835/9ec .
  6. ↑ "ITU-T G.694.2، تطبيقات WDM: شبكة أطوال موجات CWDM" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2012-11-10.
  7. ↑ "ITU-T G.652، خصائص وسائط النقل والأنظمة البصرية - كابلات الألياف الضوئية" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 10-11-2012.
  8. هورنز ، رودي ل. (2008). "كبح مزج الموجات الأربع بواسطة التشتت العشوائي". مجلة SIAM للرياضيات التطبيقية . 69 (3): 690-703 . doi : 10.1137/070680539 . JSTOR 40233639 . 
  9. ↑ "مقدمة في تقنية DWDM" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 29-08-2017.
  10. ↑ "ربط مراكز البيانات الحديثة بتقنية DWDM" . datacentrereview.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 يونيو 2025 .
  11. ↑ "ITU-T G.694.1، الشبكات الطيفية لتطبيقات WDM: شبكة تردد DWDM" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2012-11-10.
  12. ↑ جدول الاتحاد الدولي للاتصالات DWDM، تباعد 100 جيجاهرتز" telecomengineering.com مؤرشف بتاريخ 2008-07-04 في Wayback Machine
  13. ↑ ماركوف، جون (3 مارس 1997). "تكنولوجيا الألياف الضوئية تجذب قيمة أسهم قياسية" . صحيفة نيويورك تايمز .
  14. ↑ هيشت، جيف (أكتوبر 2016). "ازدهار، فقاعة، انهيار: هوس الألياف الضوئية" (ملف PDF) . أخبار البصريات والفوتونيات . الجمعية البصرية: 47.
  15. ↑ «تقنية جديدة تتيح زيادة سعة شبكة الألياف الضوئية لشركة سبرينت بنسبة 1600%؛ تم تركيب نظام من شركة سيينا؛ مما يزيد عرض النطاق الترددي بشكل كبير» . سبرينت . 12 يونيو 1996. مؤرشف من الأصل في 10 مارس 2021. تم الاطلاع عليه في 2 مارس 2017 .
  16. ↑ "شركة إنفينرا | المنتجات | نظام خط إنفينرا 1" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 27-03-2012 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19-03-2012 .
  17. ↑ "قنوات CWDM / DWDM من شركة Flexoptix GmbH" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-07-2022 .
  18. ↑ "دليل قنوات الاتحاد الدولي للاتصالات لأطوال موجات DWDM/CWDM" . 12 يوليو 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 يوليو 2022 .
  • سيفا رام مورثي سي؛ جوروسوامي إم، "شبكات WDM الضوئية: المفاهيم والتصميم والخوارزميات"، برنتيس هول الهند، ISBN 81-203-2129-4.
  • توملينسون، دبليو جيه؛ لين، سي، "مضاعف تقسيم الطول الموجي البصري للمنطقة الطيفية 1-1.4 ميكرون"، رسائل الإلكترونيات، المجلد 14، 25 مايو 1978، ص  345-347. adsabs.harvard.edu
  • إيشيو، هـ.؛ مينوا، ج.؛ نوسو، ك. (1984). "مراجعة وحالة تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي وتطبيقاتها". مجلة تكنولوجيا الموجات الضوئية . 2 (4): 448-463 . Bibcode : 1984JLwT....2..448I . doi : 10.1109/JLT.1984.1073653 . ISSN 0733-8724 . 
  • تشيونغ، نيم ك.؛ نوسو كيوشي؛ وينزر، جيرهارد "مقال افتتاحي / تقنيات تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي الكثيف لأنظمة الاتصالات عالية السعة ومتعددة الوصول"، مجلة IEEE حول المجالات المختارة في الاتصالات، المجلد 8 العدد 6، أغسطس 1990.
  • أرورا، أمريندر س؛ سوبرامانيام، سوريش (2002). "تحديد موضع تحويل الطول الموجي في الشبكات الضوئية المتداخلة بتقنية WDM". اتصالات الشبكات الضوئية . 4 (2): 167-177 . Bibcode : 2002PNCom...4..167A . doi : 10.1023/A:1015391312481 .