Multiplexing Divisi Panjang Gelombang

Bandwidth dalam komunikasi seperti ruang lemari di rumah Anda-Anda tidak akan pernah merasa cukup. Dan lalu lintas internet membuat permintaan akan kapasitas komunikasi tumbuh lebih cepat daripada lemari pakaian seorang remaja dengan kartu kredit tanpa batas. Megabita grafis animasi yang memonopoli bandwidth menggantikan pesan email yang ringkas. Data, video dan sinyal suara sistem transmisi kerumunan yang memiliki ruang yang cukup hanya beberapa tahun yang lalu. Industri komunikasi membutuhkan ruang untuk bernafas.



Itulah tepatnya yang dibawa oleh teknologi serat optik generasi baru ke jaringan seperti Project Oxygen yang tepat. Neil Tagare, pendiri Grup CTR di Woodcliff Lake, N.J., memilih nama itu untuk jaringan global karena ia menganggap bandwidth luar biasa yang ditawarkan oleh teknologi baru sama vitalnya dengan telekomunikasi seperti halnya oksigen bagi kehidupan itu sendiri. Dengan mengirimkan sinyal pada 16 panjang gelombang yang berbeda melalui masing-masing dari empat pasang serat optik, Project Oxygen akan membawa 640 gigabit per detik (Gbit/s) melintasi seluruh lautan. Itu setara dengan 10 juta percakapan telepon simultan-cukup untuk setiap orang di Hungaria atau Belgia untuk menelepon Amerika Serikat pada waktu yang sama.

Mata Tuhan Dijual

Kisah ini adalah bagian dari edisi Maret 1999 kami





  • Lihat sisa masalah
  • Langganan

Teknologi yang memungkinkan lebar pita baru ini disebut sebagai multiplexing divisi panjang gelombang, atau WDM, dan ini mewakili revolusi serat optik utama kedua dalam telekomunikasi. Yang pertama datang selama tahun 1980-an, ketika perusahaan telepon mengikat Amerika Serikat dan negara-negara lain dengan serat untuk menciptakan tulang punggung global jaringan pipa informasi yang dapat membawa lebih banyak data daripada kabel tembaga dan tautan gelombang mikro yang mereka gantikan. WDM mengambil keuntungan ini selangkah lebih jauh dengan mengalikan kapasitas potensial setiap serat dengan mengisinya dengan tidak hanya satu tetapi banyak panjang gelombang cahaya, masing-masing mampu membawa sinyal terpisah.

Multiplexing divisi panjang gelombang telah muncul dengan cukup nyaman, karena kabel serat yang lebih tua mulai terisi, kata Richard Mack, wakil presiden di KMI Corp., sebuah firma analis pasar berbasis di Newport, R.I. yang berspesialisasi dalam serat optik. Dengan memanfaatkan WDM, operator jarak jauh seperti AT&T dan MCI dapat menghindari pemasangan kabel baru yang mahal; sebaliknya, mereka hanya memompa panjang gelombang tambahan melalui serat yang ada.

apakah bumi hancur?

Revolusi WDM telah tiba dengan kecepatan yang tak terduga. Satu dekade yang lalu, Mack menunjukkan, orang mengatakan ada kelebihan kapasitas serat. Untuk memberikan ruang ekspansi, perusahaan telepon telah memasang kabel yang mengandung 24-36 serat, banyak yang disimpan sebagai serat gelap. Setiap serat membawa ratusan megabit per detik pada satu panjang gelombang. Sejak itu, operator telah menaikkan kecepatan data menjadi 2,5 Gbit/s dan menyalakan sebagian besar serat gelap. Tetapi peningkatan lalu lintas yang luar biasa telah memadati kabel-kabel ini yang dulunya tampak sangat banyak. Lemari, tampaknya, dengan cepat dikemas ke kasau-dan barang-barang tumpah ke lantai. Penggunaan telepon menyumbang beberapa peningkatan, termasuk penyebaran mesin faks dan telepon seluler. Namun pertumbuhan paling dramatis berasal dari lalu lintas Internet, yang kira-kira berlipat ganda setiap tahun.



Yang juga jelas adalah bahwa permintaan yang melonjak tidak akan ada habisnya, terutama jika, seperti yang diyakini banyak ahli, komunikasi video dua arah menjadi lebih umum. Industri komunikasi sedang mengalami transisi yang dalam beberapa tahun akan menghadirkan video digital untuk penggunaan sehari-hari di rumah dan di tempat kerja, kata Shahab Etemad, yang mengepalai pengembangan transmisi WDM di Morristown, Bell Communications Research, atau Bellcore yang berbasis di N.J. (Awalnya merupakan cabang penelitian dari perusahaan telepon lokal dan regional, Bellcore sekarang beroperasi sebagai konsultan manajemen jaringan dengan berbagai klien korporat.) Etemad mengharapkan perubahan dari telepon suara ke data digital yang berat dengan video membutuhkan kapasitas transmisi backbone yang berlipat ganda sekitar faktor 200-dan, dia menegaskan, WDM harus memainkan peran utama dalam memenuhi permintaan yang meningkat itu.

Berkat kemajuan metode WDM, serat telah melakukan pekerjaan yang baik dalam memenuhi ledakan permintaan ini. Menurut David Clark, ilmuwan peneliti senior di MIT's Laboratory for Computer Science, Kemampuan untuk mendapatkan sedikit serat tumbuh lebih cepat daripada Hukum Moore, yang memprediksi penggandaan daya komputasi setiap 18 bulan. Saat ini, Clark mencatat, daya dukung serat meningkat dua kali lipat setiap 12 bulan.

Melakukannya dengan Erbium

Istilah multiplexing divisi panjang gelombang berbau jargon teknik, tetapi konsepnya sederhana: secara bersamaan mengirim sinyal terpisah melalui serat yang sama pada panjang gelombang yang berbeda. Pada dasarnya ide yang sama membentuk dasar penyiaran radio dan televisi, di mana setiap stasiun mengirimkan sinyalnya pada panjang gelombang yang ditentukan dalam spektrum frekuensi radio. Tentu saja, kebanyakan orang berpikir dalam hal frekuensi, tetapi kedua nilai tersebut terikat erat oleh hubungannya dengan kecepatan cahaya. (Misalnya, 100 megahertz pada dial FM sesuai dengan panjang gelombang sekitar 3 meter.)



Prinsip yang sama bekerja untuk cahaya yang melalui serat optik seperti untuk gelombang radio yang ditransmisikan melalui udara. Serat optik mentransmisikan paling baik pada panjang gelombang cahaya inframerah-dekat yang tak terlihat antara 1,3 dan 1,6 mikrometer-kira-kira dua kali lipat panjang gelombang cahaya merah.

Jika WDM mudah dan ide yang sudah ada-mengapa baru-baru ini menjadi praktis? Kendala terbesar adalah kurangnya amplifier yang sesuai. Sinyal cahaya yang berjalan melalui serat optik paling transparan pun memudar ke tingkat yang tidak terdeteksi setelah beberapa ratus kilometer. Untuk sebagian besar waktu serat optik telah ada, satu-satunya cara untuk merentangkan serat lebih lama dari itu adalah dengan meregenerasi sinyal melalui proses optoelektronik: Sebuah fotodetektor akan mengubah aliran pulsa cahaya yang melemah menjadi sinyal tegangan yang dapat diperkuat secara elektronik. ; sinyal yang diperkuat ini memodulasi pemancar laser.

Masalahnya adalah bahwa detektor cahaya tidak membedakan antara panjang gelombang-mereka mengacak sinyal pada warna yang berbeda, seperti halnya telinga Anda mengalami kesulitan membedakan apa yang dikatakan jika dua orang berbicara sekaligus. Agar sistem optoelektronik dapat bekerja dengan banyak panjang gelombang, sistem tersebut harus memiliki cara untuk memisahkan panjang gelombang secara optik, menggunakan filter atau elemen serupa lainnya, yang memungkinkan setiap sinyal melewati regeneratornya sendiri. Namun, sampai saat ini, itu terbukti tidak praktis.

Keterbatasan ini menghilang dengan penemuan teknik untuk meningkatkan intensitas cahaya sinyal secara langsung, tanpa memerlukan langkah elektronik perantara. Bagian kunci dari teknologi adalah sesuatu yang disebut penguat serat yang didoping erbium. Perangkat ini, yang dikembangkan pada akhir 1980-an, memungkinkan terjadinya revolusi WDM.

menyelesaikan akar persamaan kuadrat

Tidak seperti regenerator, penguat serat beroperasi langsung pada cahaya. Cahaya dalam sinyal input lemah merangsang atom erbium tereksitasi dalam serat untuk memancarkan lebih banyak cahaya pada panjang gelombang yang sama. Rantai penguat optik dapat bergabung untuk membawa sinyal melalui ribuan kilometer kabel serat optik di darat atau di bawah laut-tanpa regenerator. Karena mereka mempertahankan panjang gelombang sinyal optik, perangkat serat erbium dapat memperkuat beberapa saluran panjang gelombang yang berbeda secara bersamaan tanpa mengacaknya. Amplifier Erbium bekerja dengan baik di seluruh wilayah spektrum inframerah-dekat di mana sistem serat optik beroperasi.

Di Darat dan di Laut

Perusahaan telepon jarak jauh adalah yang pertama menyadari bahwa multiplexing divisi panjang gelombang dapat memotong biaya bandwidth. Dibandingkan dengan alternatif penambahan serat baru, teknologi WDM memberikan cara yang jauh lebih efektif untuk menambah kapasitas, menurut Dana Cooperson, analis jaringan optik untuk RHK Inc., sebuah konsultan pasar di San Francisco Selatan. Pemasangan kabel baru mahal dan memakan waktu. Dan mengubur kabel baru di sepanjang rute yang sama yang sudah ditempati oleh kabel yang lebih tua berisiko-penggalian baru mengundang putusnya kabel yang dapat membuat seluruh sistem tidak berfungsi.

Keinginan operator telekomunikasi untuk menghemat waktu dan uang telah mendorong perkembangan pesat dalam teknik WDM. Pada pertengahan 1990-an, perusahaan operator mulai menggunakan sistem transmisi pada empat panjang gelombang, dan segera meningkatkan hitungan menjadi delapan. Pengembang dengan cepat memotong spektrum lebih halus untuk memeras 16 saluran panjang gelombang melalui serat tunggal untuk apa yang dikenal sebagai WDM padat.

Ketika operator melihat kebutuhan, produsen sama-sama cepat merasakan pasar. Lucent Technologies dari Murray Hill, N.J., mengadaptasi teknologi yang dikembangkan di anak perusahaannya di Bell Labs. Ciena, sebuah Linthicum, Md., perusahaan yang didirikan pada tahun 1992, maju lebih cepat, memberikan sistem 16-saluran komersial pertamanya pada tahun 1996-pada waktu yang hampir bersamaan dengan spin-off AT&T. Raksasa telekomunikasi lain di seluruh dunia mengikuti, termasuk Nortel, Alcatel, Pirelli, NEC, Hitachi, Fujitsu dan Ericsson. Selama dua hingga tiga tahun terakhir, beberapa perusahaan-termasuk Ciena, Lucent dan Nortel dari Saint-Laurent, Que.-telah mulai memasarkan sistem yang mengiris spektrum penguat erbium menjadi 32 atau 40 sliver, masing-masing hanya selebar 0,8 nanometer. September lalu, Lucent mengirimkan sistem 80 saluran pertamanya ke AT&T. Pirelli Cable dari Lexington, S.C., diikuti dengan menjanjikan versi 128 saluran, tetapi belum mengirimkan perangkat keras pada pertengahan Januari.

Operator telekomunikasi tidak memerlukan semua saluran itu hari ini-dan berkat modularitas bawaan WDM, mereka tidak perlu membeli lebih banyak saluran sampai mereka siap. Operator yang memasang sistem WDM dapat memulai hanya dengan pemancar dan penerima yang diperlukan untuk beberapa saluran awal. Kemudian, seiring dengan meningkatnya permintaan akan kapasitas, peralatan tambahan dapat dipasang untuk membuka panjang gelombang baru.

Mengambil keuntungan penuh dari WDM sering membutuhkan upgrade kabel yang lebih tua dengan menambahkan komponen yang mengkompensasi efek merepotkan yang disebut dispersi kromatik. Hal ini mengacu pada kecenderungan pulsa cahaya pendek untuk meregangkan sebagai perjalanan melalui serat karena fakta bahwa beberapa panjang gelombang berjalan lebih cepat daripada yang lain. Dispersi mengolesi pulsa cahaya bersama-sama dan karenanya membatasi kecepatan transmisi. Menghindari fenomena ini sangat penting dalam kabel bawah laut, di mana sinyal cahaya harus melewati beberapa ribu kilometer serat dari pantai ke pantai. Instalasi baru dapat memanfaatkan serat yang dirancang untuk kinerja WDM optimal, yang baru-baru ini dikembangkan oleh Lucent dan Corning (Corning, N.Y.).

Tahun lalu, kabel bawah laut besar pertama yang dirancang untuk operasi multi-panjang gelombang yang disebut Atlantic Crossing 1-mulai mengirimkan 2,5 Gbit/s pada empat saluran panjang gelombang pada masing-masing dari empat pasang seratnya. Kapasitas sistem ini dapat ditingkatkan menjadi 16 panjang gelombang per serat pada kecepatan itu, kata Patrick R. Trischitta, direktur pemasaran teknis di Tyco Submarine Systems Laboratories di Holmdel, NJ Itu menjanjikan total 160 Gbit/s melalui kabel, a lingkaran yang menghubungkan Amerika Serikat dengan Inggris, Belanda dan Jerman.

Proyek Oksigen meningkatkan standar. Teknologi WDM yang lebih baru akan membawa 10 Gbit/dtk pada masing-masing dari 16 panjang gelombang melintasi lautan dalam empat pasang serat, dengan kapasitas total 640 Gbit/dtk per kabel. Itu lebih dari 1.000 kali kapasitas kabel serat optik transatlantik pertama, yang mulai beroperasi hanya satu dekade lalu. Seluruh sistem pada akhirnya akan mencakup 168.000 kilometer kabel yang cukup untuk mengelilingi dunia empat kali. Kelompok lain merencanakan lebih banyak sistem kabel bawah laut, meskipun tidak ada yang begitu ambisius. Tidak heran MIT's Clark memprediksi, Kami akan tenggelam dalam serat.

Di darat, perusahaan telepon regional baru saja mulai mengadopsi multiplexing panjang gelombang. Tahun lalu, Bell Atlantic mulai menguji WDM pada kabel sepanjang 35 kilometer antara Brunswick dan Freehold, N.J., kata Robert A. Gallo, insinyur Bell Atlantic yang bertanggung jawab atas uji coba tersebut. Empat saluran masing-masing membawa sinyal dengan kecepatan hingga 2,5 Gbit/s-tingkat tertinggi antara kantor switching perusahaan-dan sistem yang dibuat oleh Ciena memiliki slot hingga 16 saluran panjang gelombang. Bell South menguji tiga dari 16 saluran dalam sistem serupa pada kabel yang membentang 80 kilometer antara Grenada dan Greenwood, Nona. Keekonomiannya jelas: Menambah kapasitas WDM lebih murah daripada menambah serat baru, kata analis RHK Cooperson.

Aturan yang berbeda berlaku untuk kabel yang lebih pendek yang menghubungkan kantor switching ke pelanggan bisnis utama. Di sini, di pasar metro yang disebut, biaya peningkatan jumlah serat tidak menjadi masalah besar karena jarak tempuhnya jauh lebih pendek, Cooperson menjelaskan. Namun, WDM meningkatkan transmisi sinyal dengan cara penting lainnya. Salah satunya adalah dengan membawa sinyal dalam format digital aslinya daripada mengubahnya menjadi kode digital yang digunakan dalam jaringan telepon. Karena konversi semacam itu memerlukan elektronik yang mahal, akan lebih murah untuk mendedikasikan panjang gelombang untuk transmisi ujung ke ujung dalam format aslinya.

Kemampuan untuk menyortir sinyal berdasarkan panjang gelombang harus merampingkan pengoperasian jaringan serat optik di masa depan. Secara tradisional, perusahaan telepon mengatur sinyal digital dalam hierarki kecepatan bit, menggabungkan banyak anak sungai dengan kecepatan bit rendah menjadi sungai digital besar yang membawa gigabit per detik. Ini mengemas bit secara efisien ke saluran transmisi, tetapi memerlukan pembongkaran seluruh aliran bit untuk mengekstrak sinyal individual. Namun, jika sinyal diatur menurut panjang gelombang, optik sederhana dapat mengeluarkan saluran panjang gelombang yang diinginkan tanpa mengganggu yang lain. Insinyur berbicara tentang menambahkan lapisan optik baru ke sistem telekomunikasi. Pelanggan dapat menyewa panjang gelombang dalam lapisan optik ini alih-alih menyewakan hak untuk mentransmisikan pada kecepatan data tertentu. Sebuah stasiun televisi, misalnya, dapat menyimpan satu panjang gelombang dari studionya ke pemancarnya dan satu lagi ke perusahaan kabel lokal—dan mengirimkan kedua sinyal dalam format video digital yang tidak digunakan pada jaringan telepon.

Perasan Terakhir

Karena permintaan bandwidth tidak menunjukkan tanda-tanda melambat, para pengembang sistem WDM sudah memikirkan cara mengemas lebih banyak panjang gelombang ke dalam serat yang sama. Saat ini, ada dua pendekatan dasar yang sedang diselidiki—dan batasan untuk keduanya tampak jelas.

gambar jupiter terbaru

Salah satu pendekatan adalah untuk mengurangi ruang antara panjang gelombang, dengan memilih panjang gelombang yang lebih dekat bersama-sama untuk membawa multiplisitas sinyal. Pengepakan panjang gelombang lebih dekat bekerja dengan baik sampai titik tertentu, tetapi pada akhirnya berbenturan dengan fisika dasar. Saat laju bit meningkat, pulsa optik menjadi lebih singkat, dan mengikuti perintah Prinsip Ketidakpastian Heisenberg—pemendekan ini memaksa sinyal cahaya menyebar ke rentang panjang gelombang yang lebih luas. Penyebaran ini dapat menyebabkan interferensi antara saluran yang berjarak dekat. Sistem berkapasitas tertinggi Lucent menangani 10 Gbit/dtk pada saluran panjang gelombang yang dipisahkan oleh 0,8 nanometer tetapi hanya 2,5 Gbit/dtk bila jarak saluran dibagi dua. Dan beberapa ahli berpikir saluran dapat diperas lebih ketat. Di antara vendor besar, hanya Hitachi Telecom dari Norcross, Ga., yang berbicara tentang modulasi saluran individual pada 40 Gbit/s-dan mengakui bahwa sinyal tersebut hanya dapat menjangkau jarak terbatas.

Prospek terlihat lebih baik untuk opsi kedua: memperluas jangkauan panjang gelombang transmisi. Pirelli, misalnya, menggunakan tiga penguat serat erbium, dioptimalkan untuk pita terpisah antara 1.525 dan 1.605 nanometer, untuk memeras 128 saluran panjang gelombang pada masing-masing 10 Gbit/dtk menjadi satu serat. Lucent telah mendemonstrasikan amplifier erbium yang mencakup kisaran serupa di laboratorium, dan tahun lalu memperkenalkan serat optik baru yang membuka blok spektrum yang telah lama diabaikan sekitar 1.400 nanometer. Penguat optik yang baik belum tersedia untuk panjang gelombang lain.

Namun, agar WDM mencapai potensi penuhnya, lebih banyak yang dibutuhkan daripada sekadar mengemas panjang gelombang tambahan. Juga perlu untuk mengembangkan peralatan yang lebih baik untuk beralih dan memanipulasi berbagai panjang gelombang setelah sinyal muncul dari pipa optik. Sakelar optik semakin dekat dengan aplikasi komersial praktis, kata analis Mack dari KMI. Dia menambahkan, bagaimanapun, bahwa untuk sepenuhnya meniru apa yang terjadi dalam koneksi silang digital, Anda perlu mengalokasikan ulang dan menetapkan ulang panjang gelombang. Tidak mungkin mengalokasikan panjang gelombang yang sama ke satu pelanggan di seluruh sistem karena jaringan besar memiliki lebih banyak pelanggan daripada yang memiliki panjang gelombang.

Ilustrasi di bawah menunjukkan bagaimana sinyal dari San Francisco dan Cupertino tiba di Palo Alto pada panjang gelombang yang sama, keduanya menuju San Jose. Node Palo Alto harus mengubah satu sinyal ke panjang gelombang yang berbeda untuk bagian akhir perjalanannya, sehingga pesan yang mereka bawa tidak membingungkan. Konversi panjang gelombang sekarang harus mengambil pendekatan brute force yang sama seperti regenerator, mengubah sinyal optik menjadi sinyal elektronik yang dapat menggerakkan pemancar pada panjang gelombang keluaran. Pendekatan konversi semua-optik, sementara ditunjukkan di lab, belum mencapai kepraktisan komersial.

Bahkan jika masalah teknis ini diselesaikan, bagaimanapun, itu tidak akan cukup bagi teknologi untuk benar-benar melebarkan sayapnya. Untuk itu, harganya juga harus turun—lintasan yang menurut orang dalam sudah terlihat jelas. Adel Saleh, kepala departemen penelitian akses broadband di AT&T Labs di Red Bank, NJ, memproyeksikan bahwa biaya per node jaringan akan turun 10 kali setiap lima tahun, mulai dari juta pada tahun 1995. Selama satu atau dua tahun ke depan, katanya, WDM akan ekonomis hanya untuk jaringan backbone. Setelah biaya turun menjadi $ 100.000 per node, teknologi akan masuk akal untuk jaringan metropolitan dan regional, dimulai dengan layanan ke bisnis besar. Saleh mengharapkan bahwa akses perumahan di gedung apartemen besar akan mengikuti setelah biaya turun menjadi .000 per node pada sekitar tahun 2005, dengan WDM mencapai rumah individu setelah biaya turun menjadi sekitar .000 pada tahun 2010.

Kekuatan sebenarnya dari WDM terletak pada bagaimana ia memperluas saluran udara optik sehingga setiap orang dapat menghirup lebih banyak oksigen informasi. Pada awal era radio, setiap pemancar berteriak di seluruh spektrum radio, menghalangi sinyal lain selama siarannya. Kemudian para insinyur belajar membangun sirkuit yang menyetel setiap pemancar ke frekuensinya sendiri, membuka spektrum radio ke banyak stasiun yang dapat kita dengar hari ini. Dengan cara yang hampir sama, WDM menggantikan satu aliran bit hitam-putih dengan banyak sinyal berwarna berbeda.

WDM menciptakan saluran informasi baru yang besar yang akan membawa layanan yang lebih baik dengan biaya lebih rendah. Tetapi revolusi informasi yang sebenarnya tidak akan terjadi sampai jaringan pipa WDM yang murah mencapai tempat tinggal individu. Koneksi modem hari ini tetap macet, memaksa kita untuk menyesap aliran data melalui elektronik yang setara dengan sedotan plastik tipis. Tapi bersiaplah: Saat serat mencapai rumah, panjang gelombang Anda sendiri bisa menghasilkan air mancur yang menggelegak.

bersembunyi

Teknologi Aktual

Kategori

Tidak Dikategorikan

Teknologi

Bioteknologi

Kebijakan Teknologi

Perubahan Iklim

Manusia Dan Teknologi

Bukit Silikon

Komputasi

Majalah Berita Mit

Kecerdasan Buatan

Ruang Angkasa

Kota Pintar

Blockchain

Cerita Fitur

Profil Alumni

Koneksi Alumni

Fitur Berita Mit

1865

Pandangan Ku

77 Jalan Massal

Temui Penulisnya

Profil Dalam Kemurahan Hati

Terlihat Di Kampus

Surat Alumni

Berita

Pemilu 2020

Dengan Indeks

Di Bawah Kubah

Pemadam Kebakaran

Cerita Tak Terbatas

Proyek Teknologi Pandemi

Dari Presiden

Sampul Cerita

Galeri Foto

Direkomendasikan