Zrozumieć transmisję koherentną
Jak transmisja koherentna może pomóc Twojej firmie uzyskać przewagę konkurencyjną i zoptymalizować koszty?
Czy słyszałeś kiedyś o transmisji koherentnej? Czy spotkałeś się z określeniami takimi jak QPSK, 16QAM czy 64QAM? A może 32Gbaud bądź 64Gbaud?
Ile razy zastanawiałeś się, co to wszystko znaczy? Być może nawet czułeś dyskomfort w rozmowie na ten temat, ale nie miałeś śmiałości zapytać?
W sieci można znaleźć mnóstwo opracowań dotyczących transmisji koherentnej, niestety większość z nich jest napisana mocno technicznym językiem i nie pomaga w rozwikłaniu tej tajemnicy. Pozwól, że przybliżę Ci to zagadnienie bez używania całej masy skomplikowanych pojęć czy sformułowań. W tym tekście siłą rzeczy pojawi się fachowe słownictwo, jak modulacja amplitudy, modulacja fazy czy polaryzacja, ale ograniczę je do minimum.
A jak to robiliśmy wcześniej? Nie tylko wcześniej, ale i dzisiaj ciągle korzystamy z transmisji optycznej opartej na czymś, co nazywamy on-off keying (OOK). Oznacza to dokładnie tyle, że w celu przesłania danych światło włączamy i wyłączamy.
Długi czas to podejście się sprawdzało, aż w końcu osiągnęliśmy limit szybkości, z jaką możemy włączać i wyłączać światło. Dzięki innowacjom OOK ten limit stopniowo przesuwamy, ale to ciągle za mało. Potrzebowaliśmy skokowego wzrostu przepustowości, udało się go uzyskać poprzez „skomplikowanie” transmisji.
Na czym owo skomplikowanie polega?
- Modulacja amplitudy
Modulowanie czegoś oznacza, że wywieramy na to wpływ i w jakiś sposób to zmieniamy. Aby łatwiej to sobie wyobrazić, odnieśmy to do bardziej namacalnej rzeczywistości, czyli do fal na morzu. Amplituda fali to będzie jej wysokość.
W systemie komunikacji optycznej opartym na OOK interesowało nas tylko tyle, czy fala jest, czy jej nie ma. Przypuśćmy, że możemy wytworzyć fale w morzu, aby wysłać sygnały, i na przykład fala duża oznacza jedno, a fala mała - co innego. Załóżmy, że potrafimy rozróżnić 4 różne wielkości fali. W ten sposób możemy wysłać znacznie więcej informacji w tym samym czasie.
- Modulacja fazy
Żeby zrozumieć istotę fazy, znów posłużmy się analogią. Weźmy na przykład jakikolwiek projekt. W najprostszym ujęciu będzie on się składał z pomysłu, realizacji i podsumowania. Analogicznie zbliżająca się do Ciebie fala na morzu ma przód, szczyt i tył. Powiedzmy, że najbardziej nas interesuje szczyt oraz to, kiedy on nadejdzie.
Załóżmy, że fale pojawiają się na brzegu w równych odstępach czasu i dokładnie co 60 sekund pojawia się szczyt kolejnej fali. A co, gdyby osoba będąca na przeciwległym brzegu mogła na to wpływać i to zmieniać? Co innego oznaczałoby, gdyby szczyt fali pojawiał się w 0 sekundzie, a co innego, gdy np. w 30. W podobny sposób jak w przypadku amplitudy załóżmy, że mamy zdefiniowane 4 fazy - to oznacza, że szczyt fali może pojawić się w 0, 15, 30 i 45 sekundzie.
- Polaryzacja
Zostając przy analogii do fal morskich, które mogą się unosić i opadać, gdybyśmy obserwowali boję na wodzie, to będzie ona przemieszczać się w górę i w dół – i podobnie rzecz się ma z polaryzacją pionową.
Teraz naszą wyobraźnię trzeba będzie odrobinę wysilić 😊 A gdybyśmy tak wzięli nasze fale morskie i „przewrócili je na bok”, tak aby „falowały” w poziomie, a nie w pionie? Ktoś, kto stoi na przeciwległym brzegu i spodziewa się morza falującego w pionie, nic by nie zobaczył… To znaczy, że gdybyśmy mogli te obydwa morza - zarówno pionowe, jak i poziome - wykorzystać naraz, to moglibyśmy przenieść 2 razy więcej informacji.
A teraz nadszedł czas na bardzo dobrą wiadomość. Wyobraź sobie, że wszystkie 3 opisane powyżej techniki możemy połączyć. Kiedy więc zestawimy razem kilka wielkości fali (modulacja amplitudy) z kilkoma czasami ich nadejścia (modulacja fazy) i dołożymy do tego dwie płaszczyzny (polaryzacja), to okazuje się, że jesteśmy w stanie przenieść znacznie więcej informacji w tym samym czasie.
Czym więc jest transmisja koherentna?
Mówiąc najprościej, to system, który łączy modulację amplitudy, modulację fazy i polaryzację, aby przesłać większe ilości danych w transmisji optycznej niż w przypadku stosowania prostego systemu OOK.
W zależności od tego, ile poziomów fazy i amplitudy będzie wprowadzać modulacja, możemy mieć 4QAM, 8QAM, 16QAM itp. Często w określeniu typu transmisji koherentnej pojawia się modulacja QPSK, w uproszczeniu możesz myśleć o niej jako o 4QAM.
Kolejnym istotnym parametrem jest Gbaud, który oznacza, ile razy na sekundę światło może się zmieniać. I tak np. 32Gbaud oznacza, że światło zmienia się 32 miliardy razy na sekundę. I tak łącząc QPSK (4 stany) z możliwością przesłania ich 32 miliardy razy na sekundę, otrzymujemy ponad 100 miliardów bitów na sekundę!
Tak oto przebrnęliśmy przez zagadnienia związane z transmisją koherentną. Mam nadzieję, że następnym razem, rozmawiając na temat 16QAM, 64Gbaud i innych zagadnień związanych z transmisją koherentną, poczujesz się pewnie i bardziej komfortowo.
Dotarłeś do tego momentu i zastanawiasz się, jak to wykorzystać w praktyce?
Jak transmisja koherentna może pomóc Twojej firmie uzyskać przewagę konkurencyjną czy zoptymalizować koszty? Zapraszamy do kontaktu.
