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FUTURE PROOF. Crescita della banda nei backbone ottici

I sistemi Wdm consentono di affasciare più canali nella stessa fibra. E il fattore moltiplicativo uguale a mille in 30 anni

17 Ott 2011

Nell’articolo precedente abbiamo parlato della legge di Edholm
relativa alla crescita esponenziale della banda di accesso a
sistemi pubblici fissi e mobili, constatando un raddoppio del picco
della banda aggregata ogni 15 mesi.
Con riferimento alle applicazioni dei sistemi fissi, occupiamoci
invece della crescita esponenziale della banda che si rende
disponibile nei sistemi in fibra usati nei grandi backbone ottici a
livello nazionale e internazionale. Anche la “banda di
trasporto”, come già osservato da Gerald Butter dei Bell
Laboratories negli anni 80 con la sua “legge della fotonica”,
cresce in modo esponenziale, anche se i valori in gioco sono più
elevati rispetto a quelli delle “bande di accesso” in fibra
ottica.

Sui backbone ottici sono attualmente utilizzati sistemi di
trasmissione che realizzano un singolo canale per fibra a 40 oppure
100 Gbit/s (Gigabit al secondo, un miliardo di bit al secondo):
questi ultimi sistemi sono stati messi in servizio nel 2010. In via
sperimentale sono stati poi realizzati sistemi a 400 Gbit/s e la
ricerca punta ad arrivare fino a 1 Tbit/s (1 Tera = 1.000 Giga) per
canale. Si segnala che in Italia nel marzo 2011 il laboratorio
TeCip della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, il Laboratorio
Nazionale di Reti Fotoniche del Cnit ed Ericsson sono riusciti a
sviluppare una tecnologia capace di trasmettere dati a 448 Gbit/s,
un record mondiale!

Il grafico allegato è stato pubblicato dai Bell Laboratories di
Alcatel Lucent e mostra la crescita esponenziale dei sistemi Wdm
(Wavelength Division Multiplexing) che consentono di affasciare
più canali di trasmissione ottica nella stessa fibra per
applicazioni sui backbone di trasporto. Ci sono due tipi di sistemi
Wdm: il “coarse” (Cwdm) che può affasciare fino a 16 canali e
viene usato nell’accesso o nel backhauling, e il “dense”
(Dwdm) che può affasciare centinaia di canali e viene usato sui
backbone ottici. Tra il 2000 e il 2030 il grafico mostra una
crescita esponenziale con un fattore moltiplicativo uguale a circa
1.000 in trenta anni, e cioè la banda dei backbone ottici
raddoppia ogni tre anni.

Vengono evidenziate le milestone sia dei sistemi sperimentali (Wdm
Research), sia di quelli commerciali (Wdm Commercial). Nel 2000 i
sistemi Dwdm commerciali fornivano una capacità di banda di circa
un Tbit/s, mentre nel 2010 hanno raggiunto capacità di circa 15
Tbit/s, e si prevede che nel 2021 si arrivi al limite di capacità
di 140 Tbit/s, ottenuto utilizzando le cosiddette bande spettrali
“C” e “L” che occupano una parte dello spettro delle
lunghezze d’onda per la trasmissione in fibra ottica (da 1530 a
1620 nanometri).

Si assumono tratte di rigenerazione lunghe 1000 km e una spaziatura
spettrale di 50 Ghz per ottenere circa 200 canali Dwdm. Ciascun
canale può trasmettere fino a circa 700 Gbit/s, se si assume
un’efficienza spettrale di circa 14 bit/s/Hz ottenuta con due
polarizzazioni ortogonali per canale.

Grazie all’impiego di tutto lo spettro di trasmissione da 1300 a
1620 nanometri, quattro volte superiore a quello delle bande C e L,
nel 2025 la capacità dei sistemi Dwdm sui backbone di trasporto
ottico raggiungerà il limite di 560 Tbit/s, quattro volte
superiore ai 140 Tbit/s.
Se confrontiamo queste previsioni con quelle per il picco della
banda dell’accesso in fibra ottica del precedente articolo, con
riferimento alla direzione di download, nel 2010 le Gpon offrono
2,5 Gbit/s contro 15 Tbit/s del backbone, mentre nel 2021 il picco
di circa 1 Tbit/s ottenibile nelle Ngpon2, usando le bande C e L,
va confrontato con il limite di 140 Tbit/s per le applicazioni su
backbone.