Upgrade auf Hochgeschwindigkeitsübertragung mit Paralleloptik

Paralleloptik ist eine Art optischer Kommunikationstechnologie und umfasst Geräte an beiden Enden der Verbindung, die Informationen senden und empfangen und auch als parallele optische Transceiver bezeichnet werden. Im Vergleich zur herkömmlichen optischen Kommunikation verwendet die parallele optische Kommunikation eine andere Verkabelungsstruktur für die Signalübertragung und zielt auf die Übertragung hoher Datenmengen über Multimode-Fasern mit kurzer Reichweite von weniger als 300 Metern ab. Herkömmliche Glasfaser-Transceiver können die steigende Nachfrage nach Hochgeschwindigkeitsübertragungen wie 40 GbE nicht decken, während die parallele Optiktechnologie eine kostengünstige Lösung für die 40/100-GbE-Übertragung sein kann.

Ein Vergleich zwischen der Paralleloptik-Technologie und der herkömmlichen seriellen optischen Kommunikation verdeutlicht, was Paralleloptik ist und warum sie eine kostengünstige Lösung für die Übertragung hoher Datenraten darstellt. Im Folgenden werden die beiden optischen Kommunikationstechnologien unter zwei Gesichtspunkten verglichen: Verbindungsmethode und Schlüsselkomponenten.

Konnektivitätsmethode

Parallele und serielle Optik übertragen Signale auf unterschiedliche Weise. Bei der herkömmlichen seriellen optischen Kommunikation befinden sich an jedem Ende der Verbindung ein Sender und ein Empfänger. Beispielsweise kommuniziert der Sender an Ende A mit dem Empfänger an Ende B und sendet einen einzelnen Datenstrom über eine einzige Glasfaser. Zwischen dem Sender an Ende B und dem Empfänger an Ende A ist eine separate Glasfaser angeschlossen. Auf diese Weise wird ein Duplexkanal durch zwei Glasfasern erreicht.

Bei der parallelen optischen Kommunikation hingegen wird die Duplexübertragung auf andere Weise erreicht. Ein Signal wird über mehrere Pfade gesendet und empfangen, daher kann die parallele optische Kommunikation höhere Datenraten unterstützen als die herkömmliche optische Kommunikation. Dies liegt daran, dass die Geräte für die parallele optische Kommunikation an beiden Enden der Verbindung mehrere Sender und Empfänger enthalten. Beispielsweise wurde 2010 mit IEEE 802.3ba die 40GBASE-SR4 Physical-Medium-Dependent Multimode-Parallel-Optic-Lösung genehmigt, die acht Fasern verwendet, um jeweils vier Duplexkanäle mit 10 Gigabit Ethernet zu übertragen. In diesem Fall kommunizieren vier 10-Gbit/s-Sender an Ende A mit vier 10-Gbit/s-Empfängern an Ende B und verteilen einen einzelnen Datenstrom über vier Glasfasern mit einer Gesamtdatenrate von 40 Gbit/s.

Schlüsselkomponenten

Die parallele optische Kommunikation überträgt Signale über mehrere Fasern und bietet gegenüber der herkömmlichen seriellen optischen Kommunikation große Vorteile. Allerdings sind für die Übertragung hoher Datenraten andere Komponenten erforderlich.

Steckverbinder: Wie bereits erwähnt, werden bei der Duplexübertragung in der seriellen optischen Kommunikation 2-Faser-Duplex-Steckverbinder, z. B. Duplex- LC-Steckverbinder, verwendet , um die Optik mit anderen Geräten zu verbinden. Bei der parallelen optischen Kommunikation hingegen werden Mehrfasern verwendet, um eine höhere Datenrate zu erreichen. Daher werden Mehrfaser-Steckverbinder, z. B. 12-Faser-MPO-Steckverbinder, zur Verbindung mit anderen Geräten verwendet. MPO-Steckverbinder sind eine Schlüsseltechnologie zur Unterstützung der parallelen optischen Kommunikation. Diese Verbindungsmethode ist in der folgenden Abbildung dargestellt (Tx steht für Senden; Rx für Empfangen).

Lichtquelle für optische Transceiver: Eine weitere ergänzende Technologie für die parallele Übertragung sind Lichtquellen mit paralleler Optik – VCSELs (Vertical Cavity Surface Emission Lasers). Verglichen mit kantenemittierenden Halbleiterlasern in der herkömmlichen Optik haben VCSELs eine besser geformte optische Ausgabe, wodurch sie diese Energie effizienter in optische Fasern einkoppeln können. Darüber hinaus emittieren VCSELs von der Oberseite und können als Teil einer großen Produktionscharge (Wafer) getestet werden, bevor sie in einzelne Geräte geschnitten werden, was die Kosten der Laser drastisch senkt. Die folgende Tabelle zeigt einen Vergleich zwischen VCSELs und kantenemittierenden Halbleiterlasern. Parallele Optiken mit VCSELs sind billiger in der Herstellung, einfacher zu testen, benötigen weniger Strom und unterstützen höhere Datenraten. Sie könnten im Vergleich zur herkömmlichen seriellen Optik die bessere Wahl für eine 40/100-GbE-Übertragung sein.

Parallele Optik für 40/100GbE-Übertragung

IEEE hat bereits Spezifikationen und Verwaltungsparameter für die physikalische Schicht für den 40-Gbit/s- und 100-Gbit/s-Betrieb über Glasfaserkabel aufgenommen. Hier werden zwei gängige parallele Optiklösungen für 40 Gbit/s und 100 Gbit/s über Multimode-Fasern vorgestellt. Für 40G wird üblicherweise ein 40GBASE-SR4-Transceiver verwendet, der mindestens acht OM3/OM4-Fasern für eine Sende- und Empfangsverbindung benötigt (4 Fasern für Tx und 4 Fasern für Rx). Der 100GBASE-SR10-Transceiver ist für die 100-Gbit/s-Übertragung vorgesehen und benötigt mindestens 20 OM3/OM4-Fasern für eine Tx/Rx-Verbindung, wobei 10 Fasern für Tx und die anderen 10 für Rx verwendet werden.

Abschluss

Die Möglichkeiten und Einsatzmöglichkeiten der Paralleloptik- und MPO-Technologie entwickeln sich kontinuierlich weiter und nehmen Gestalt an, insbesondere im Bereich der schnelleren Glasfaserübertragung, einschließlich 40/100GbE. Es ist ungewiss, ob die parallele optische Kommunikation in Zukunft der Trend sein wird. Viele Verkabelungs- und Netzwerkexperten weisen jedoch darauf hin, dass die parallele optische Kommunikation mit MPO-Technologie derzeit eine Möglichkeit darstellt, eine Umgebung optimal auf die 40/100GbE-Übertragung vorzubereiten.