Multimodefaser jetzt auch für höhere Gigabit-Übertragungen

Über OM1- bis OM4-Fasern wird nur eine Wellenlänge theoretisch übertragen, bis zu 40 Gbit/s. Mittlerweile gibt es mit der »parallel-optischen Übertragung« über MPO-Stecker die Möglichkeit, bis zu 40 Gbit/s bzw. 100 Gbit/s zu übertragen. Der Empfänger setzt die Datenströme wieder zu einem Signal zusammen, eine komplizierte Technik und das auf engstem Raum. Für 100 Gbit/s benötigt man zehn Fasern pro Richtung. Tatschlich ist eine WDM-(OM5) Übertragung teurer, als eine einkanalige, aber günstiger als ein Fasermultiplex.

Wellenlängenmultiplex erweitert die Übertragungskapazität

Der Begriff »WDM« Wellenlängenmultiplex ist nicht neu. Anwendungen im Zusammenhang mit Singlemodefasern (SM-LWL) gibt es schon länger. Die enorme Bandbreite der SM-LWL erlaubt hier das gleichzeitige Übertragen von verschiedenen Wellenlängen. Nachteilig sind die hohen Kosten der Komponenten und der Elektronik bei Sender und Empfänger. Mit den OM1- bis OM4-Fasern ist das nicht möglich. Der Grund für diese technische Einschränkung ist u. a. die Modendispersion, die insbesondere bei Multimodefasern stärker zum Tragen kommt. OM5 geht einen Schritt weiter. Wie man aus der Tabelle ersehen kann, unterscheiden sich die Eckdaten bei 850 nm nicht von OM4, jedoch ist das so genannte Übertragungsfenster vergrößert worden, man nennt die OM5 deshalb auch WBMMF (= Wide Band Multimode Fiber). Es steht nun ein Wellenlängenbereich von 850 nm bis 950 nm zur Übertragung von Daten zur Verfügung, was einer theoretischen Vervierfachung der Bandbreite entspricht (Bilder 2 und 3).

Einspeisen der Signale

Mit den heute üblichen VCSEL (Oberflächen-)Lasern als Quelle (vertical-cavity surface-emitting laser) ist es möglich, über eine OM5 Faser bis zu vier Wellenlängen gleichzeitig zu übertragen. Man spricht dann von einem Wellenlängen Multiplex oder WDM und bei dieser konkreten Anwendung mit den Multimode-Wellenlängen von SWDM (= Short Wave Division Multiplexing). Erläuterung zum VCSEL: Bei diesem Halbleiter strahlt das Licht senkrecht zur Ebene des Halbleiterchips ab, im Gegensatz zur kantenemittierenden Laserdiode, bei der das Licht an ein oder zwei Flanken des Chips austritt. Außerdem gestatten VCSEL eine einfache Einkoppelung des Lichtes in die Faser, ihr Abstrahlwinkel ist wesentlich kleiner als bei kantenemittierenden Laserdioden.

Diese Laser-Lichtquellen gibt es in verschiedenen Bauformen, z. B. als SFP+, QSFP oder CFP4 (siehe Glossar). Es handelt sich hier um Transceiver (Bild 4). Es gibt verschiedene optische Übertragungselemente. Bild 4 zeigt die Bauform SFP+. Diese können völlig unterschiedliche Wellenlängen im Singlemode- bzw. Multimodebereich übertragen, deshalb gibt es eine Vielzahl. Sie lassen sich einfach stecken und somit schnell tauschen. Am hinteren Ende haben sie elektrische Anschlüsse, auf der anderen Seite den optischen Ein- und Ausgang. Je nach Ausstattung können sie ein- oder mehrkanalig übertragen, also im Multiplex. Man erkennt die beiden Anschlüsse für RX (empfangen) und TX (senden). In Rechenzentren überwiegen heute noch sogenannte LC-Duplex-Stecker (Bild 5). Der LC-»Small Form Factor« (SFF)-Stecker der neuen Generation. wurde von Lucent entwickelt. Dieser LWL-Stecker wird wegen seiner hochkompakten Bauform vorwiegend an aktiven Komponenten, z. B. Switch, eingesetzt. Normen: IEC 61754-20, TIA604-10-A.

Multiplex unterstützt 40Gbit/s

Laut Spezifikation IEEE 802.3x sind so z. B. 40 G SR4 (4 x 10G im Wellenlängenmultiplex) über eine Distanz von 150 m möglich und 100 G (4 x 25 G im Wellenlängenmultiplex) über 100 m. Das ist natürlich ein gewaltiger Fortschritt. Es zeigt aber auch, dass wir hier von relativ kurzen Distanzen sprechen. Das wiederum liegt an der Ausbreitung des Lichts im relativ dicken Kern der Multimodefaser. Deshalb kommen Multimode-Anwendungen auch überwiegend in Rechenzentren oder in Firmengebäuden zum Tragen. Bei Übertragungen mit diesen hohen Bitraten können Dispersionseffekte, insbesondere DMD (differential mode delay), zu Einschränkungen führen. Bei Multimodefasern sind es mehrere hundert Moden, das beeinträchtigt die Übertragung erheblich. Größere Distanzen werden mit Singlemodefasern überbrückt. Auf Deutsch heißen diese auch »Einmoden-Fasern«, was auch wieder die Ausbreitung des Lichts in der Faser beschreibt, denn der Kern einer Singlemodefaser hat einen Durchmesser von nur 9 µm.