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Die verschiedenen Multiplexverfahren
Unterschiedliche Multiplexverfahren ermöglichen die Weiterentwicklung der Netzwerkgeschwindigkeiten über Glasfaserkabel.
Zeitmultiplexverfahren sind einfach eine Methode, um mehr Daten zu übertragen, indem immer kleinere Zeitschritte verwendet und Signale mit niedrigerer Datenrate zu einem schnelleren zusammengesetzten Signal gemultiplext werden.
Bei der Raummultiplextechnik, auch bekannt als Paralleloptik oder Parallelfasern, lassen sich durch einfaches Hinzufügen einer oder mehrerer optischer Fasern zur Gesamtverbindung eine oder mehrere zusätzliche Spuren erzeugen.
Wellenlängenmultiplexing ist die gleichzeitige Signalübertragung über mehrere Kanäle, die durch unterschiedliche Wellenlängen (Farben) des Lichts getrennt sind und in eine einzige Faser gemultiplext werden.
Multiplexing-Verfahren, die die Weiterentwicklung der Netzwerkgeschwindigkeiten ermöglichen
Es gibt eine Reihe unterschiedlicher Multiplexverfahren, die die Weiterentwicklung der Netzwerkgeschwindigkeiten über Glasfaserkabel ermöglichen. Schauen wir uns die einzelnen Verfahren im Folgenden etwas genauer an;
Technik 1: Zeitmultiplexverfahren
Beim Zeitmultiplexverfahren werden langsamere elektrische Signale zeitlich verschachtelt und über eine schnellere kombinierte Datenleitung übertragen.
Die resultierende höhere Datenrate wäre also um ein Vielfaches höher als die einzelnen Eingangsdatenraten.
Es gibt bereits Beispiele, bei denen Ethernet-Geschwindigkeiten durch die Verwendung solcher paralleler elektrischer Signale erreicht werden, die in einem Multiplexer kombiniert und über Glasfaser seriell übertragen werden. Beispielsweise bietet 10-Gbit/s-Ethernet vier Lane-Optionen, wobei jede Lane eine Geschwindigkeit von einem Viertel von 2,5 Gbit/s aufweist.
Die derzeitige Höchstgeschwindigkeit pro Lane beträgt 25 Gbit/s für Ethernet, und mit Blick auf die Zukunft werden Lane-Geschwindigkeiten von 50 Gbit/s entwickelt.
Bei höheren Datenraten werden komplexere, mehrstufige Codierungsverfahren eingesetzt, um mehr Bits pro Symbol zu übertragen. Dies deutet darauf hin, dass die Höchstgeschwindigkeit erreicht wird, weshalb alternative Techniken zur Erhöhung der Gesamtgeschwindigkeit auf der Fahrspur angewendet werden.
Technik 2: Raumteilungs-Multiplexing
Eine weitere Technik besteht darin, dem zusammengesetzten Kanal zusätzliche Spuren hinzuzufügen, bekannt als Raummultiplexverfahren (SDM). Eine Spur entspricht hierbei physisch einer weiteren Faser. Dies ist eine Alternative zu den oben beschriebenen TDM-Spuren, bei denen die Signale zeitlich auf derselben Faser zusammengeführt werden.
In der Industrie gibt es zahlreiche Beispiele für den Einsatz dieser Technik. 40G SR4 beispielsweise überträgt 40 Gbit/s über Multimode-Glasfaser mit vier Kanälen bzw. Fasern. Das sind vier Kanäle in der einen und vier in der anderen Richtung. Die Zahl „SR4“ am Ende bedeutet also, dass es sich um vier Kanäle mit jeweils 10 Gbit/s handelt.
Der Standard für die 100-Gbit/s-Lösung verwendet 10 Lanes mit je 10 Gbit/s, genannt SR10. Es gibt auch eine zweite Generation von 100G, die die Lane-Rate auf 25 Gbit/s erhöht und 100G mit vier Lanes realisiert. Dabei werden die Verbesserungen der TDM- und parallelen optischen Verfahren kombiniert, um das Ziel höherer Geschwindigkeiten zu erreichen.
Mit einer Erweiterung von vier auf 16 oder 24 Spuren pro Richtung sind Geschwindigkeiten von 200 Gbit/s, 400 Gbit/s und mehr möglich. Allerdings gibt es praktische Grenzen. Eine Lösung mit vier Spuren ist deutlich praktikabler als eine mit 24 Spuren, sofern dies realisierbar ist.
Technik 3: Wellenteilungs-Multiplexing
Bei mehr als 16 oder 24 Kanälen ist der Nutzen abnehmend gering, da dies die Kosten des Verkabelungssystems erhöht. Hier kommt das dritte Multiplexverfahren, das Wellenmultiplexverfahren, zum Einsatz.
Wie der Name schon sagt, wird das für die Übertragung verfügbare Wellenlängenband in Segmente unterteilt, von denen jedes als Kommunikationskanal genutzt werden kann. Es ist möglich, viele Kanäle in einem kleinen Spektrum unterzubringen. Die gängigen Varianten für Weitverkehrs-Singlemode-Systeme heißen DWDM (Dense Wave Division Multiplexing) oder CWDM (Coarse Wave Division Multiplexing). In Multimode-Systemen kommen zunehmend Kurzwellen-Multiplexverfahren (Short Wavelength Division Multiplexing) zum Einsatz.
Beim Kurzwellen-Multiplexverfahren werden Wellenlängen im kostengünstigeren Kurzwellenbereich um 850 nm verwendet, um zusätzliche Spuren innerhalb einer einzelnen Glasfaser zu erzeugen.
Ein Beispiel hierfür auf dem heutigen Markt ist Ciscos 40G BD, oder Bi-Di. Bi-Di steht für bidirektional, und die Signale werden in beiden Richtungen in jeder Glasfaserstränge übertragen, wobei zwei verschiedene Wellenlängen verwendet werden, um mögliche Reflexionen zu unterscheiden.
Bei dieser Technik werden 20 Gbit/s pro Wellenlänge in jeder der beiden Fasern genutzt, wodurch über einen Duplex-LC-Stecker 40 Gbit/s durch den 2-Kern-Glasfaserkanal übertragen werden können.
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