Glasfaser-Transceiver für Datenverbindungen

Datenlinks

Eine Glasfaser-Datenverbindung ist ein Kommunikationssubsystem, das Ein- und Ausgänge (I/O) elektronischer Subsysteme verbindet und diese Signale über Glasfaser überträgt. In dieser Funktion fungiert eine Glasfaser-Datenverbindung als Alternative zu Kupferkabeln oder einem drahtlosen Subsystem. In typischen Anwendungen fungiert eine Glasfaser-Datenverbindung als Kommunikationsmedium, das an beiden Enden mit Elektronik verbunden ist, die die weiteren für die Kommunikation über die Verbindung notwendigen Dienste bereitstellt. Im OSI-Netzwerkmodell (Open Systems Interconnection) bildet die Datenverbindung im Wesentlichen die erste Schicht, die sogenannte physikalische Schicht (PHY).

Signale und Protokolle

Glasfaser-Datenverbindungen können je nach unterstütztem Kommunikationssystem analoge oder digitale Signale und viele verschiedene, meist standardisierte Protokolle übertragen. Datenverbindungen können protokolltransparent sein, aber auch Datenkodierung für eine robustere Datenkommunikation beinhalten. Datenverbindungen können durch die Anwendung oder das standardisierte Netzwerk (z. B. Ethernet), das sie unterstützen sollen, oder durch die Art und Bandbreite der Signale, die sie übertragen sollen, spezifiziert sein.

Eine Glasfaser-Datenverbindung besteht aus Glasfaser-Transceivern oder einzelnen Sendern und Empfängern an beiden Enden, die über Glasfasern übertragen. Die typische Datenverbindung überträgt bei Vollduplex-Verbindungen über zwei Fasern, eine Faser in jede Richtung. Die Fasern können von beliebigem Typ sein, Multimode (Gradientenindex oder Stufenindex) oder Singlemode.

Einige Verbindungen verwenden möglicherweise Koppler und Wellenlängenmultiplex, um bidirektional über eine einzelne Faser zu übertragen, wie in FTTH-PONs (passive optische Netzwerke) oder OLANs (optische LANs). Einige Verbindungen ermöglichen möglicherweise die gleichzeitige Übertragung bei mehreren Lichtwellenlängen über eine einzelne Faser in jede Richtung ( Wellenlängenmultiplex ).

Bei extrem langen Kabelstrecken kann eine Regeneration mit Repeatern erforderlich sein, im Wesentlichen Datenverbindungen in Reihe. Glasfaserverstärker können als Repeater in langen Singlemode-Systemen eingesetzt werden. Bei Singlemode-Systemen mit Glasfaserverstärkern und Wellenlängenmultiplex muss man sich möglicherweise mit nichtlinearen Effekten aufgrund der hohen optischen Leistung auseinandersetzen.

Glasfaser-Transceiver für Datenverbindungen

Ein Glasfaser-Transceiver an beiden Enden einer Verbindung besteht aus einem Sender und einem Empfänger, die elektrische Signale in optische Signale und umgekehrt umwandeln und so über Glasfaser übertragen. Die Datenverbindung verfügt über entsprechende Schnittstellen für die elektrischen und optischen Signale, mit denen sie verbunden ist. Dabei handelt es sich in der Regel um standardisierte elektrische und Glasfaser-Steckverbinder.

Der Sender besteht aus einem elektrischen Eingangs- und Signalaufbereitungsschaltkreis zum Ansteuern einer optischen Quelle, einer Leuchtdiode oder eines Lasers, die die Hardware zur Umwandlung von elektrisch in optisch bereitstellt und die Ausrichtung für die Einkopplung des optischen Signals in eine Glasfaser zur Übertragung vornimmt.

Der Empfänger besteht aus einem Detektor, der mit der Glasfaser verbunden wird, um ein optisches Signal zu empfangen, das durch die Glasfaser übertragene optische Signal in ein elektrisches Signal umzuwandeln und einer Aufbereitungsschaltung, die ein mit dem Kommunikationssystem kompatibles elektrisches Ausgangssignal erzeugt.

Transceiver sind auf einen bestimmten Glasfasertyp spezialisiert, der durch die Entfernung und Bandbreite der zu übertragenden Daten bestimmt wird. Multimode-Glasfasern können für kürzere und/oder langsamere Datenverbindungen verwendet werden, während Singlemode-Glasfasern für längere Verbindungen eingesetzt werden. Die Quelle im Transceiver hängt ebenfalls von der Anwendung ab.

LEDs werden für langsamere (<~100 Mbit/s) Multimode-Verbindungen und VCSELs für schnellere Multimode-Verbindungen verwendet. Einige Standardnetzwerke bieten Optionen für den Einsatz von Singlemode-1310-nm-Lasern auf Multimode-Glasfasern. Derzeit gibt es vier Typen von Multimode-Glasfasern für Datenverbindungen, die als OM1–4 bezeichnet werden. OM-1 ist eine Faser mit größerem Kern (62,5 Mikrometer), die hauptsächlich in älteren Systemen mit LEDs bei 850 oder 1300 nm Wellenlänge eingesetzt wird. Schnellere Multimode-Verbindungen verwenden OM-2-, OM-3- oder OM-4-Fasern mit einem 50-Mikrometer-Kern, in der Regel die schnelleren Fasern mit der Bezeichnung OM-3 oder OM-4, die für 850-nm-VCSELs optimiert sind.

Singlemode-Systeme verwenden Laser mit 1310 oder ~1550 nm. 1310-nm-Laser werden für kürzere Verbindungen verwendet. Längere Wellenlängen um 1550 nm werden für lange Verbindungen und solche mit Wellenlängenmultiplex verwendet. Es gibt verschiedene spezialisierte Singlemode-Fasern, die für spezielle Anwendungen optimiert sind.

Leistung

Wie bei Kupferkabeln oder Funkübertragungen hängt die Leistung von Glasfaser-Datenverbindungen davon ab, wie gut das vom Empfänger zurückkonvertierte elektrische Signal mit dem Eingangssignal des Senders übereinstimmt. Die Diskussion über die Leistung von Datenverbindungen bezieht sich direkt auf Transceiver, die die optisch-elektrische Umwandlung durchführen.

Jeder Hersteller von Transceivern gibt für sein Produkt die Empfängerempfindlichkeit (ggf. eine erforderliche Mindestleistung) und die von der Quelle in die Glasfaser eingekoppelte Mindestleistung an. Diese Spezifikationen werden letztendlich die Datenverbindungsspezifikationen für das im Feld eingesetzte Endprodukt sein.

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