Optische Netzwerke, Neu definiert.
12. März 2019

Durchbrechen Sie die Verwirrung: Glasfaserkabel für Hochgeschwindigkeitsnetzwerke

Die schiere Anzahl an Geräten, die auf den Aufbau von Hochgeschwindigkeits-Netzwerklösungen ausgerichtet sind, kann überwältigend sein. Es sind mehrere Komponenten zu berücksichtigen, angefangen bei Glasfaserkabeln.

Im Kabel

Bei Glasfasernetzwerken werden Kabel verwendet, die sowohl aus Singlemode-Fasern (SMFs) als auch aus Multimode-Fasern (MMFs) bestehen. Beide Fasertypen haben Vor- und Nachteile.

Der kleine Kern eines SMF-Kabels (normalerweise zwischen 8 und 10,5 Mikrometer) im Verhältnis zur Schutzummantelung des Kabels begrenzt das als Modendispersion bekannte Verzerrungsphänomen und ermöglicht die Übertragung von Informationen über größere Entfernungen. MMFs hingegen verwenden größere Kerndurchmesser (typischerweise zwischen 50 und 100 Mikrometern), um die Ausbreitung mehrerer Lichtmodi zu ermöglichen. Infolgedessen unterliegen MMFs einer bandbreitenbegrenzenden Modaldispersion und eignen sich am besten für die Kommunikation über kurze Entfernungen, wie z. B. lokale Netzwerke (LANs) und Rechenzentren.
Allerdings erfordern MMFs nicht das gleiche hohe Maß an Lichtfokussierung oder Strahlqualität wie SMFs. Dadurch kann für die Datenübertragung kostengünstigere Elektronik, wie zum Beispiel Leuchtdioden (LEDs) anstelle von Laserdioden, eingesetzt werden. Auch die Ausrichtung auf Steckverbindertypen ist weniger kritisch, was die Anschlüsse vereinfacht.

Erweiterung der MMF-Reichweite

Die Vorteile von MMF-Kabeln haben die Industrie dazu veranlasst, Fasertypen zu entwickeln, die ihre Möglichkeiten erweitern. Fasertypen werden durch optische Multimode-Bezeichnungen (OM) identifiziert, die derzeit von OM1 bis OM5 reichen. Je höher die Zahl, desto größer die Reichweite und Bandbreite.

Mit OM1- oder OM2-Fasern hergestellte Kabel verwenden LED-Lichtquellen und können Geschwindigkeiten von 100 Mbit/s über große Entfernungen (2.000 Meter) über 1 Gbit/s über mittlere Entfernungen (550 Meter) bis zu 10 Gbit/s über kurze Entfernungen unterstützen ( weniger als 100 Meter). Aufgrund der Einschränkungen der Modulationsrate bei LEDs – also der Geschwindigkeit, mit der die Lichtquelle ein- und ausgeschaltet werden kann – können diese Kabeltypen jedoch keine Raten über 10 G unterstützen. Daher gelten OM1 und OM2 als Altkabel und werden für Neuinstallationen nicht empfohlen.

Das Aufkommen von Hochgeschwindigkeitsnetzen hat die Umstellung auf Kabel mit OM3- und OM4-Fasern vorangetrieben. Beide unterstützen Vertical-Cavity-Surface-Emitting-Laser (VCSELs), einen kostengünstigen Laserdiodentyp, der die Modulationsraten von LEDs übertreffen kann. Praktischerweise entsprechen die OM-Bezeichnungsnummern für diese beiden Kabeltypen 10G-Übertragungsentfernungen: OM3 kann bis zu 300 Meter unterstützen, während OM4 bis zu 400 Meter unterstützen kann. Beide Typen unterstützen auch mittlere Entfernungen bei 40G und 100 Meter oder mehr bei 100G.

Der neueste Fasertyp, OM5, bietet eine ähnliche Reichweite wie OM4. Es beinhaltet jedoch eine neue Strategie, die darauf abzielt, die 100G-Marke zu überschreiten – und in die optische Vernetzung der nächsten Generation einzusteigen.  

Neue Strategien

Frühe Hochgeschwindigkeitsnetzwerkimplementierungen platzierten mehrere optische Signale in parallelen Schemata. Um beispielsweise eine 40G-Lösung zu schaffen, könnte man 4 x 10G in jede Richtung verwenden – vier 10G-Signale zum Senden und vier weitere zum Empfangen, was insgesamt acht Fasern erfordert. Für 100G könnte man 10 x 10G für insgesamt 20 Fasern verwenden. Nach diesem Protokoll würde eine 400G-Bereitstellung nicht weniger als 80 Fasern erfordern.

Angesichts der Platzbeschränkungen in hochdichten Verkabelungsnetzen werden immer häufiger neue Strategien zur Verringerung der Anzahl der Glasfasern eingesetzt, die zur Erreichung von Hochgeschwindigkeits-Meilensteinen erforderlich sind. Eine davon besteht darin, mit der Faktor-10-Tradition zu brechen und effizientere Wege zur Geschwindigkeitssteigerung zu entwickeln: zum Beispiel die Verwendung von 25G- und 50G-Signalen als Bausteine. Eine andere ist eine Technologie namens Shortwave Wavelength Division Multiplexing (SWDM), die mehrere VCSEL-erzeugte Signale auf einer einzigen Faser kombiniert.

Wellenlängenmultiplex selbst wird seit langem eingesetzt, um größere Distanzen gegenüber Singlemode-Fasern zu erreichen. Die Multimode-Glasfaserunterstützung dieser Technologie ist jedoch eine neue Entwicklung, für die noch Standards entwickelt werden. OM5-Fasern sind speziell für die Integration von SWDM konzipiert, obwohl die Technologie auch auf OM3- und OM4-Fasern angewendet werden kann.

Vorausschauen

Die weitere Entwicklung von Standards für SWDM wird zweifellos erhebliche Auswirkungen auf die Branche und die damit verbundenen Komponenten für Hochgeschwindigkeitsnetzwerke haben.