Erforschung der Rolle von Wellenlängen in optischen Netzen

Optische Netze nutzen bestimmte Wellenlängen des Lichts, um Daten effizient über Glasfaserkabel zu übertragen. Die Wahl der Wellenlänge ist entscheidend, da sie sich direkt auf die Leistung des Netzes auswirkt, einschließlich Faktoren wie Dämpfung, Streuung und Gesamtdatenübertragungskapazität. In diesem Artikel befassen wir uns mit den Aufgaben und der allgemeinen Verwendung der gängigen Wellenlängen.

850 nm und 1300 nm

Die Wellenlängen 850 nm und 1300 nm werden in erster Linie in Multimode-Glasfasersystemen für die Kommunikation über kurze Entfernungen verwendet, z. B. innerhalb eines Gebäudes oder in einem lokalen Netzwerk (LAN) auf dem Campus. Multimode-Glasfasern haben einen großen Kerndurchmesser, 62,5 Mikrometer für OM1 und 50 Mikrometer für OM2 bis OM5, der viel größer ist als die Wellenlänge des darin übertragenen Lichts. Aufgrund dieser Eigenschaft verfügt sie über eine hohe Lichtleitfähigkeit, im Wesentlichen über mehrere Lichtausbreitungsmodi.

In praktischen Anwendungen vereinfacht die größere Kerngröße von Multimode-Fasern den Verbindungsprozess. Sie ermöglicht auch die Verwendung kostengünstigerer elektronischer Komponenten wie Leuchtdioden (LEDs) und oberflächenemittierende Laser mit vertikalem Resonator (VCSEL), die bei Wellenlängen von 850 nm und 1300 nm effizient arbeiten.

 

1310 nm und 1490 nm

Die Wellenlängen 1310 nm und 1490 nm werden in Singlemode-Fasersystemen für die Kommunikation über mittlere Entfernungen mit minimaler Dispersion verwendet. Sie eignen sich für Gigabit Ethernet und 10 Gigabit Ethernet über Entfernungen von bis zu 20 km.

In passiven optischen Netzen (PONs) sind die Wellenlängen 1310 nm und 1490 nm von grundlegender Bedeutung, um die bidirektionale Kommunikation zwischen dem Optical Line Terminal (OLT) in der Zentrale des Diensteanbieters und den Optical Network Terminals (ONTs) beim Kunden zu ermöglichen. Die Wellenlänge von 1490 nm ist für Downstream-Übertragungen vorgesehen, die Daten- und Sprachsignale vom OLT zu mehreren ONTs übertragen. Die Wellenlänge von 1310 nm ist dagegen für die Upstream-Kommunikation reserviert, so dass die ONTs Daten zurück an den OLT senden können. Diese Trennung von Upstream- und Downstream-Verkehr über unterschiedliche Wellenlängen ermöglicht eine gleichzeitige Zwei-Wege-Kommunikation über eine einzige Glasfaser ohne Interferenzen.

1270 nm und 1577 nm

In XGS-PON-Systemen (10 Gigabit Symmetric Passive Optical Network) ist die Wellenlänge von 1577 nm für die Downstream-Datenübertragung vorgesehen, um Hochgeschwindigkeits-Internet-, Sprach- und Videodienste vom Optical Line Terminal (OLT) an mehrere Optical Network Terminals (ONTs) zu übertragen. Umgekehrt ist die Wellenlänge von 1270 nm für die Upstream-Datenübertragung vorgesehen, so dass die ONTs Daten zurück an den OLT senden können. Diese Trennung von Upstream- und Downstream-Wellenlängen erleichtert die gleichzeitige bidirektionale Kommunikation über eine einzige Glasfaser und erhöht die Effizienz und Leistung des Netzes. Die Verwendung dieser spezifischen Wellenlängen in XGS-PON unterstützt symmetrische Datenraten von 10 Gbit/s und trägt damit der steigenden Nachfrage nach Anwendungen und Diensten mit hoher Bandbreite Rechnung.

 

1550 nm

In optischen Kommunikationssystemen wird die Wellenlänge 1550 nm wegen ihrer geringen Dämpfung für eine effiziente Datenübertragung über große Entfernungen genutzt. Diese Wellenlänge fällt in das dritte Übertragungsfenster von Glasfasern, in dem der Signalverlust minimal ist, was sie ideal für Langstreckennetze mit hoher Kapazität macht.

Darüber hinaus ist der 1550-nm-Bereich mit Erbium-dotierten Faserverstärkern (EDFAs) kompatibel, die optische Signale ohne elektrische Umwandlung verstärken können, wodurch sich die Übertragungsdistanzen weiter verlängern. Diese Fähigkeit ist besonders bei DWDM-Systemen (Dense Wavelength Division Multiplexing) von Vorteil, bei denen mehrere Datenkanäle gleichzeitig über eine einzige Faser übertragen werden, denen jeweils eine bestimmte Wellenlänge im Bereich von 1550 nm zugewiesen ist.

 

1625 nm und 1650 nm

Die Wellenlängen 1625 nm und 1650 nm sind in erster Linie für Glasfasertests und Wartungszwecke reserviert. Diese Wellenlängen liegen außerhalb der Standard-Kommunikationsbänder und ermöglichen es Technikern, Prüfungen während des Betriebs durchzuführen, ohne den aktiven Datenverkehr zu unterbrechen. Optische Zeitbereichsreflektometer (OTDRs), die bei 1625 nm oder 1650 nm arbeiten, können Fehler erkennen, die Dämpfung messen und die Gesamtintegrität von Glasfasern beurteilen. Durch die Verwendung dieser Wellenlängen wird sichergestellt, dass Wartungsarbeiten nicht die Betriebswellenlängen stören und die Zuverlässigkeit und Leistung des Netzes erhalten bleibt.

 

CWDM- und DWDM-Netze

In optischen Netzwerken sind Coarse Wavelength Division Multiplexing (CWDM) und Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) zwei weit verbreitete Technologien, die die Übertragung mehrerer Datenkanäle über eine einzige Glasfaser ermöglichen, indem jedem Kanal eine eigene Wellenlänge zugewiesen wird. CWDM arbeitet in der Regel in einem Wellenlängenbereich von 1270 nm bis 1610 nm mit einem Kanalabstand von 20 nm, so dass bis zu 18 Kanäle möglich sind.

Im Gegensatz dazu verwendet DWDM einen engeren Kanalabstand, oft 0,8 nm oder weniger, und ermöglicht so eine größere Anzahl von Kanälen im Bereich von 1528,77 nm bis 1563,86 nm, hauptsächlich im C-Band. Durch diese dichte Kanalzuweisung können DWDM-Systeme eine wesentlich größere Anzahl von Datenkanälen unterstützen und eignen sich daher für Langstreckenübertragungen und Netze mit hoher Kapazität.

Schlussfolgerung

Die Kenntnis der spezifischen Aufgaben und Anwendungen dieser Wellenlängen ermöglicht die Entwicklung effizienter und zuverlässiger optischer Netze, die auf die verschiedenen Kommunikationsanforderungen zugeschnitten sind. Mit Hilfe eines Multiplexers können mehrere Systeme dieselbe Faser nutzen, z. B. ein GPON und ein XGSPON im selben Netz. Die Verwendung der gleichen Wellenlänge oder sogar benachbarter Wellenlängen kann jedoch zu Interferenzen führen. Da sich die Funktionen häufig genutzter Wellenlängen überschneiden, müssen Netzwerkdesigner ein klares Verständnis der aktuellen und zukünftigen Anwendungen haben.