Multiplextechnik für die Glasfaserübertragung

Multiplexing von  Glasfaser-Kommunikationsträgern  für optische Wellen. Die Multiplextechnik für die Glasfaserkommunikation wird hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt: optisches Multiplexing, optisches Signalmultiplexing und Unterträgermultiplexing (SCM). Optisches Wellenmultiplexing umfasst Wellenlängenmultiplexing (WDM) und Raummultiplexing (SDM), optisches Signalmultiplexing umfasst Zeitmultiplexing (TDM) und Frequenzmultiplexing (FDM).

1. Optisches Wellenlängenmultiplexing

Auf der Sendeseite führt der optische Multiplexer zwei oder mehr optische Trägersignale unterschiedlicher Wellenlänge zusammen und koppelt sie zur Übertragung an dieselbe Glasfaser in der optischen Leitung.  Auf der Empfangsseite trennt der optische Splitter  die optischen Trägersignale unterschiedlicher Wellenlängen und verarbeitet sie anschließend im optischen Empfänger weiter, um das ursprüngliche Signal wiederherzustellen. Dies ist Wellenlängenmultiplex. Es eignet sich für Multimode- und Singlemode-Systeme, Einweg- und Zweiwegübertragung sowie für die Übertragung über eine Schleife. Die Betriebswellenlänge liegt zwischen 0,8 μm und 1,7 μm. Die geringe Dämpfung der Glasfaser wird durch ein niedriges Dispersionsfenster gewährleistet. Multiplexer erfordern eine geringe Einfügungsdämpfung (1,0–2,5 dB), eine ausreichende Bandbreite und eine gute Isolierung.  Die WDM-Technologie  ermöglicht eine exponentielle Steigerung der Kommunikationsfähigkeit von Glasfaserkommunikationssystemen. Sie wird für eine Reihe  optischer Verstärker  in Fernleitungs- und Unterseekabelsystemen verwendet.

2. Das Raummultiplexverfahren

Zwei Aspekte sind zu berücksichtigen: Erstens die Kombination von gebündelten Glasfasern: Zwei Strahlen werden räumlich in einer Glasfaser aufgeteilt, um eine mehrdimensionale Kommunikation zu ermöglichen. Die Modulation und Demodulation des Kohärenzgrades mehrerer Dimensionen ermöglicht die Realisierung einer Multiplex-Raummultiplex-Kommunikation. Bildbündelung ist eine spezielle Form des Raummultiplexens. Durch die Bildübertragung im Raummultiplexen wird die Übertragungsgeschwindigkeit um ein Vielfaches verbessert. Die Glasfasertechnologie für die Bildübertragung mit Hunderttausenden von Multicore-Pixeln ist ausgereift und weist eine sehr gute Farbbeständigkeit und Transparenz auf.

3. Optisches Frequenzmultiplex

Frequenzmultiplex und Wellenlängenmultiplex unterscheiden sich grundsätzlich nicht. Wenn die optischen Träger einer Glasfaser nur wenige große Wellenlängen übertragen und die Trägerabstände
größer sind (WDM), wird das Wellenlängenintervall kleiner und bei mehr optischen Trägern die Dichte erhöht, d. h. Frequenzmultiplex. Frequenzmultiplex kann die Übertragungskapazität um das Zehn- oder Hundertfache erhöhen. Im dichten Frequenzbereich wird auf herkömmliche optische Multiplexer und Demultiplexer verzichtet, stattdessen werden Abstimmgeräte, optische Leistungskoppler oder optische Filter eingesetzt. Empfangsseitig gibt es zwei verschiedene Abstimmmethoden für dichtes Frequenzmultiplex: die kohärente Heterodyn-Detektion der Glasfaserkommunikation und die Abstimmung des lokalen Oszillatorlasers. Alternativ kann die direkte Detektion über eine herkömmliche Glasfaserkommunikation und einen abstimmbaren Glasfaserfilter erfolgen. Diese Methode wird hauptsächlich in Glasfaser-Teilnehmernetzen und Glasfaser-LANs eingesetzt und eignet sich besonders für Anwendungen mit Frequenzmultiplex.

4. Optisches Zeitmultiplexverfahren

Optisches Zeitmultiplexverfahren  (OTDM) ist ein effizientes Multiplexverfahren für die optische digitale Kommunikation. Dabei wird die Kommunikationszeit in gleichmäßige Intervalle unterteilt, wobei jedes Intervall
nur einen festen Kanal überträgt, der wiederum in einer bestimmten Zeitsequenz übertragen wird. Rahmen- und Bitsynchronisation erfolgen im Allgemeinen synchron. Da elektronische Geräte die digitale Übertragungsrate zu hoch bemessen und optisches Zeitmultiplexverfahren einen Retrozessionszugriff und eine schwer abgreifbare Technologie erfordert, wurden in der Vergangenheit nur geringe Fortschritte erzielt. In den letzten Jahren wurden jedoch einige wichtige technologische Durchbrüche erzielt, wie z. B. optisches Zeitmultiplex/-demultiplexverfahren, die Erzeugung ultrakurzer optischer Impulse mit transformierter Grenze, rein optische Taktextraktionstechnologie, rein optische Regenerationstechnologie, optischer Modulator und optischer Zoom sowie optische lineare und nichtlineare Übertragungstechnologie usw., die die Realisierung kompletter optischer Informationsverarbeitungssysteme ermöglichen.

5. Unterträger-Multiplexing

Beim Unterträgermultiplexverfahren  wird das zu übertragende Signal zunächst zur Modulation einer Hochfrequenzwelle und anschließend zur Modulation der Sendequelle verwendet. Nach der fotoelektrischen Umwandlung am Empfangsende wird die HF-Signalwelle wiederhergestellt und anschließend durch einen HF-Detektor das ursprüngliche Signal wiederhergestellt. Die Unterträger-Glasfaserübertragung durchläuft zwei Modulationen und zwei Demodulationen. Zwei Trägerschichten bestehen aus optischen Wellen und Hochfrequenzwellen (HF). Hochfrequenzwellen werden auch als Unterträger bezeichnet. Das Unterträgermultiplex-Übertragungssystem ermöglicht durch Erhöhung der Bandbreite eine Mehrkanalübertragung. Die Bandbreite erhöht sich mit der Trägerwellenfrequenz und der Kanalanzahl. Seine Vorteile liegen in der ausgereiften Mikrowellentechnologie, die keine hohen optischen Anforderungen stellt und technisch einfach zu implementieren ist.