Glasfaser-Technik

Der Bedarf an schnellerer Datenübertragung über weitere Entfernungen hat zur Entwicklung neuer Technologien geführt. Mit Photonen statt Elektronen als Informationsträger lässt sich bei der Signalübertragung über Kabel eine wesentlich größere Bandbreite bei erheblich geringeren Kosten erzielen.

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Einer der Vorteile von Glasfaserkabeln besteht darin, dass Glas ein Isolator ist. Ein Glasfaserkabel kann weder elektromagnetische Störfelder aussenden noch durch solche Felder negativ beeinflusst werden. Zudem weist Glas eine sehr geringe und von der Modulationsfrequenz unabhängige Dämpfung auf. Im Vergleich zu einem Kupferkabel mit gleicher Übertragungskapazität ist eine Glasfaser wesentlich dünner und leichter. Außerdem ist die Glasfasertechnik erheblich kostengünstiger - auch unter Einbeziehung der Kosten der benötigten Treiberbauteile und der Installationskosten.

Um Daten über ein Glasfaserkabel zu senden, wird eine modulierbare Lichtquelle benötigt. Hierfür werden typischerweise LEDs oder Laserdioden verwendet, die Lichtsignale in die Faser senden. Am anderen Ende des Kabels werden Photodetektoren verwendet, die die Lichtsignale in elektrische Signale umwandeln.

Moderne Glasfasersysteme arbeiten mit Lichtwellenlängen zwischen 850nm und 1625nm. Die Dämpfung, die das Lichtsignal in einer Glasfaser erfährt, ist von der Wellenlänge abhängig. Die geringste Dämpfung ergibt sich bei Wellenlängen von etwa 1310 nm und 1550 nm.
Zuzurechnen ist gegebenenfalls der Wellenlängenbereich zwischen 450 und 650nm, der für die Übertragung mit Polymer Optischen Fasern (POF) genutzt wird.
Zunächst wurde der genutzte Wellenlängenbereich in das 1. optische Fenster bei 850nm, das 2. optische Fenster bei 1300nm und in das 3. optische Fenster bei 1550nm eingeteilt. Inzwischen wird insbesondere der Bereich zwischen 1300 und 1650nm in sogenannte Bänder, z. B. C- und L-Band weiter unterteilt.

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Es ist möglich, mehrere Signale über die gleiche Faser und im gleichen Wellenlängenfenster zu übertragen und sie am anderen Ende wieder voneinander zu trennen. Auf diese Weise lassen sich mehrere Kanäle pro Fenster über die gleiche Faser übertragen. Dieses Verfahren wird als Wellenlängenmultiplex (WDM, Wavelength-Division Multiplexing) bezeichnet.
Hierbei unterscheiden wir das sog. „Dichte Wellenlängen Multiplex” (DWDM = Dense Wavelength Division Multiplex) und das „Grobe Wellenlängen Multiplex” (CWDM = Coarse Wavelength Division Multiplex).
Die treibenden Faktoren zur Einführung des Dichten Wellenlängen Multiplex Ende der 90er Jahre waren die Bandbreitenanforderungen durch das Internet, die Globalisierung der Weltwirtschaft und die Liberalisierung des Telekommarktes.
Das DWDM ist gekennzeichnet durch einen geringen Kanalabstand (typisch 0,8 oder 0,4nm), eine große Kanalanzahl (typisch 16, 32) und damit verbunden, einem hohen technischen Aufwand. Die Betriebswellenlängen liegen typischerweise im 3. optischen Fenster (C- und L-Band).

"Der Vorteil der mehrfachen Ausnutzung einer Glasfaser wird durch die Möglichkeit einer optischen Verstärkung mit Erbium-Faserverstärkern (EDFA) ausgebaut. Ein optischer Verstärker kann z. B. alle 40 Kanäle des C-Bandes verstärken.
Der hohe technische Aufwand begrenzt den Einsatz vorzugsweise auf Fernstrecken (Transportnetz)."

Grobes Wellenlängen Multiplex ist technisch weniger aufwendig und daher im Metro- und Zugangsnetz zu finden. Der Kanalabstand beträgt 20nm und nutzt den Wellenlängenbereich zwischen 1271 und 1611nm.

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Mit Aufmerksamkeit sind die Kanäle um 1380nm zu betrachten, da hier „ältere” Fasern eine hohe Dämpfung durch Wasserabsorption (siehe hierzu auch „Glasfasertypen”) aufweisen können.
Weiterhin ist es möglich, Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen in unterschiedlichen Richtungen über die gleiche Faser zu übertragen. Dieses Verfahren, das als bidirektionale Übertragung bezeichnet wird, reduziert die Anzahl der benötigten Fasern um 50 %.
Angewendet wird diese Technologie zum Beispiel beim Teilnehmeranschluß mit Passiven Optischen Netzen (PON).

Das aus der herkömmlichen Telefontechnik bekannte Zeitmultiplexverfahren (TDM, Time-Division Multiplexing) ist auch in Glasfasersystemen anwendbar. Dabei werden mehrere „langsame“ Signale nacheinander in unterschiedlichen Zeitschlitzen eines „schnellen“ seriellen Signals übertragen. Am Ende der Faser werden die Signale mittels synchroner Abtastung demultiplext.
Eingesetzt werden derzeitig Übertragungsgeschwindigkeiten von 10 und 40 GBit/sec.

Die Übertragung über Glasfaser kann sowohl dämpfungs- als auch dispersionsbegrenzt sein. Während in der Vergangenheit die Dämpfung der Glasfaser inklusive der Stecker und Spleisse eine Begrenzung darstellte, tritt nach der Einführung optischer Verstärker bei steigenden Datenraten mehr und mehr die Begrenzung durch Dispersion in den Vordergrund.
Sowohl die chromatische (CD) als auch die Polarisationsmodendispersion (PMD) tragen zur Impulsverbreiterung bei.

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