Dispersion und nicht-lineare Effekte

Modendispersion

Die verschiedenen Moden eines Lichtimpulses haben unterschiedliche Laufzeiten in einer Glasfaser. Bei entsprechend großem Querschnitt des Leiters wird das Signal zwischen dem Kern und dem Mantel der Faser reflektiert. Das Signal durchläuft somit die Faser nicht mehr linear sondern eher im Zickzack. Dadurch erreichen die unterschiedlichen Moden den Empfänger nicht gleichzeitig, was zu einer Verbreiterung des Signals führt.

Polarisationsmodendispersion

Durch äußere Einflüsse wie Biegung oder Torsion, sowie durch innere Einflüsse wie Inhomogenität des Kerns, wird die Faser doppelbrechend. Für die beiden senkrecht zueinander stehenden Polarisationsebenen eines Signals ergeben sich damit unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten, was zu einer Impulsverbreiterung führt. Der maximale Abstand zwischen den Modenlaufzeiten wird als Gruppenlaufzeit DGD (Differential Group Delay) bezeichnet. Eine Reduktion dieses Effektes lässt sich durch eine exakte Geometrie der Faser erzielen. Schon bei der Verlegung des Lichtwellenleiters (LWL) sollten äußere Einflüsse durch vorsichtige Handhabung gering gehalten werden.

Vierwellenmischung

Werden drei, im gleichen Raster unterschiedliche, Wellenlängen gleichzeitig in einer Faser übertragen, führt dies zu der Entstehung einer vierten Wellenlänge. Von dieser werden andere Wellenlängen überlagert - ähnlich dem Übersprechen. Die Effekte der Vierwellenmischung (FWM) werden reduziert, wenn die chromatische Dispersion ungleich Null ist. Sind alle vier Wellenlängen gleich, wird dies als entartete Vierwellenmischung (Degenerated Four Wave Mixing) bezeichnet.

Chromatische Dispersion

Die unterschiedlichen Geschwindigkeiten der verschiedenen Wellenlängen eines Signals führen zu einer Verbreiterung des Impulses. Durch diesen, als Dispersion bezeichneten Effekt, wird die Übertragungsreichweite eines Lichtwellenleiters (LWL) begrenzt. Da die Dispersion von der Wellenlänge (Farbe) abhängig ist, spricht man von chromatischer Dispersion. Diese lässt sich durch verschiedene Verfahren kompensieren.

Chromatische Dispersion und der Einsatz des Faser-Bragg-Gitters zu deren Kompensation

Die chromatische Dispersion lässt sich durch verschiedene Verfahren u.a. den Einsatz eines Faser-Bragg-Gitters kompensieren. Bei Verwendung eines Faser-Bragg-Gitters ändert sich mit der Eindringtiefe des Lichtes der Brechungsindex des Gitters. Bei einem ankommenden verbreiterten Impuls legen die unterschiedlichen spektralen Anteile verschieden lange Wege zurück. Die daraus resultierende Zeitverzögerung führt zu einer Verschmälerung des Pulses und damit zu einer Kompensation der chromatischen Dispersion.

Ansprechpartner
Andreas Krebser
Technical Account Manager
+49 6103 834 83 333

CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing)

Mit CWDM bis zu 16 verschiedene Wellenlängen auf ein Glasfaserpaar multiplexen

CWDM Highlights

  • Bis zu 16 CWDM Wellenlängen auf einer Glasfaser übertragen
  • CWDM Kanalabstand 20 nm 1270 nm bis 1610 nm
  • Übertragungsreichweiten bis zu 120 km
  • Kostengünstiger als DWDM Lösungen
  • Ideal für Erstinvestitionen mit Erweiterungssicherheit durch DWDM/CWDM Integration

 

 

CWDM Verfahren

Das CWDM Verfahren ist ein Wellenlängen- multiplexverfahren für Stadt- und Accessnetze. Die Übertragung erfolgt in 16 Kanälen mit Wellenlängen zwischen 1270 nm und 1610 nm. Aufgrund des großen Kanalabstandes von 20 nm können günstige Laser eingesetzt werden. Die Kanalbreite selbst beträgt 13 nm. Die verbleibenden 7 nm sind als Sicherheitsabstand zum nächsten Kanal vorgesehen.

DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)

Mit DWDM bis zu 96 Wellenlängen auf ein Glasfaserpaar übertragen

DWDM Highlights

  • Bis zu 96 DWDM Wellenlängen auf einer Glasfaser übertragen
  • DWDM Kanalabstand 0,8 nm (100 GHz Grid) oder 0,4 nm (50 GHz Grid)
  • DWDM Übertragungsreichweiten über mehr als 1.000 km mit optischen Verstärkern
  • Optionale Integration in bestehende CWDM Infrastrukuren möglich, durch CWDM/DWDM Integration
  • DWDM Wellenlängenbereiche von 1528 nm (Channel 61) bis 1563 nm (Channel 17)

DWDM Verfahren

Die Funktionsweise des DWDM ähnelt der des CWDMs. Anders als bei CWDM beträgt der Kanalabstand bei DWDM Systemen 0,4/0,8 nm (50/100 GHz Grid). Durch diesen geringen Kanalabstand können weitaus mehr Informationen parallel übertragen werden. Im Moment beschränkt man sich noch auf Wellenlängen zwischen 1530 nm und 1625 nm, also den Bereich des C- und L-Bandes. Das DWDM Verfahren ist aufwendiger im Vergleich zum CWDM Verfahren, da hier spezielle Transceiver benötigt werden.

Theoretisch verfügbare DWDM Kanäle im C- und L-Band in Abhängigkeit vom Kanalabstand

 

 

CWDM/DWDM Hybrid

Einfache Erweiterung bestehender CWDM Systeme

Der Unterschied zwischen CWDM und DWDM ist der Kanalabstand zwischen den einzelnen Wellenlängen. Er beträgt bei CWDM 20 nm und bei DWDM 0,8 nm (im 100 GHz Grid).Dies macht sich Pan Dacom Direkt für die effiziente CWDM/DWDM Hybrid-Lösung zunutze. Dabei werden bis zu 16 DWDM Kanäle parallel in nur einem CWDM Kanal übertragen. Dies ermöglicht eine einfache Kanalerweiterung unter Weiternutzung bestehender CWDM Komponenten. Hierdurch wird die Investition in die existierenden CWDM Netze geschützt.

TDM

Zeitmultiplexverfahren - TDM (Time Division Multiplexing)

Beim Zeitmultiplexverfahren werden die Daten verschiedener Sender in bestimmten Zeitabschnitten nacheinander abgearbeitet und auf einem Kanal übertragen. Hierbei unterscheidet man zwischen dem synchronen und asynchronen Zeitmultiplexing.

 

 

 

 

 

Asynchrones Zeitmultiplexen

Beim asynchronen Verfahren werden die einzelnen Datenströme in variable Zeitabschnitte eingeordnet und anschließend übertragen. Dabei erfolgt die Übertragung in keiner festen Reihenfolge. Jeder Zeitabschnitt erhält eine Kanalinformationsnummer, um die Zeitabschnitte beim Demultiplexen wieder zu trennen.

 

 

Synchrones Zeitmultiplexen

Beim synchronen Verfahren werden die einzelnen Datenströme in feste Zeitabschnitte eingeordnet und anschließend in der vorgegebenen Reihenfolge übertragen.

Mit diesem TDM Verfahren lassen sich z.B. 8 x Gigabit Ethernet auf ein 10 Gigabit Signal multiplexen. Dieses eigenständige 10 Gigabit Signal kann anschließend auf einen CWDM/DWDM Multiplexer geschaltet werden. Somit lassen sich pro Wellenlänge mehrere Einzelsignale hintereinander übertragen und das gesamte WDM System noch besser auslasten. Durch das Vorschalten von TDM Multiplexern an ein CWDM System lassen sich bis zu 640 x Gigabit Ethernet Signale auf einem Glasfaserpaar übertragen.

EDFA- und RAMAN-Verstärker

Verstärker (Booster)

zur Erhöhung der Ausgangsleistung am Anfang der Übertragungsstrecke

Inline-Verstärke

zur Kompensation der Dämpfung auf der Übertragungsstrecke

Vorverstärker (PreAmp)

Anhebung des Pegels, am Ende der Übertragungsstrecke in den Empfangsbereich des Empfängers.

RAMAN-Verstärker

Anhebung des Pegels, am Ende der Übertragungsstrecke durch Nutzung der RAMAN-Streuung. Die Verstärkung erfolgt mit verbessertem OSNR-Verhalten und Verringerung von nichtlinearen Effekten

EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) Funktionsprinzip

Bei EDFAs werden mittels eines Pumplasers (980 nm bzw. 1480 nm) Elektronen in ein höheres Energieniveau angehoben. Durch einfallende Photonen gleicher Signalwellenlänge wird mit Hilfe von stimulierter Emission eine Verstärkung des Signals erreicht.

RAMAN-Verstärker Funktionsprinzip

RAMAN-Verstärker nutzen den Effekt der RAMAN-Streuung. Hierzu wird Licht mit hoher Leistung und entsprechender Wellenlänge in die Faser gepumpt. Liegt die einfallende Wellenlänge im Raman-Verstärkungsspektrum, kommt es zu einer Verstärkung des Lichtes.

Dispersion und nicht-lineare Effekte

Modendispersion

Die verschiedenen Moden eines Lichtimpulses haben unterschiedliche Laufzeiten in einer Glasfaser. Bei entsprechend großem Querschnitt des Leiters wird das Signal zwischen dem Kern und dem Mantel der Faser reflektiert. Das Signal durchläuft somit die Faser nicht mehr linear sondern eher im Zickzack. Dadurch erreichen die unterschiedlichen Moden den Empfänger nicht gleichzeitig, was zu einer Verbreiterung des Signals führt.

Polarisationsmodendispersion

Durch äußere Einflüsse wie Biegung oder Torsion, sowie durch innere Einflüsse wie Inhomogenität des Kerns, wird die Faser doppelbrechend. Für die beiden senkrecht zueinander stehenden Polarisationsebenen eines Signals ergeben sich damit unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten, was zu einer Impulsverbreiterung führt. Der maximale Abstand zwischen den Modenlaufzeiten wird als Gruppenlaufzeit DGD (Differential Group Delay) bezeichnet. Eine Reduktion dieses Effektes lässt sich durch eine exakte Geometrie der Faser erzielen. Schon bei der Verlegung des Lichtwellenleiters (LWL) sollten äußere Einflüsse durch vorsichtige Handhabung gering gehalten werden.

Vierwellenmischung

Werden drei, im gleichen Raster unterschiedliche, Wellenlängen gleichzeitig in einer Faser übertragen, führt dies zu der Entstehung einer vierten Wellenlänge. Von dieser werden andere Wellenlängen überlagert - ähnlich dem Übersprechen. Die Effekte der Vierwellenmischung (FWM) werden reduziert, wenn die chromatische Dispersion ungleich Null ist. Sind alle vier Wellenlängen gleich, wird dies als entartete Vierwellenmischung (Degenerated Four Wave Mixing) bezeichnet.

Chromatische Dispersion

Die unterschiedlichen Geschwindigkeiten der verschiedenen Wellenlängen eines Signals führen zu einer Verbreiterung des Impulses. Durch diesen, als Dispersion bezeichneten Effekt, wird die Übertragungsreichweite eines Lichtwellenleiters (LWL) begrenzt. Da die Dispersion von der Wellenlänge (Farbe) abhängig ist, spricht man von chromatischer Dispersion. Diese lässt sich durch verschiedene Verfahren kompensieren.

Chromatische Dispersion und der Einsatz des Faser-Bragg-Gitters zu deren Kompensation

Die chromatische Dispersion lässt sich durch verschiedene Verfahren u.a. den Einsatz eines Faser-Bragg-Gitters kompensieren. Bei Verwendung eines Faser-Bragg-Gitters ändert sich mit der Eindringtiefe des Lichtes der Brechungsindex des Gitters. Bei einem ankommenden verbreiterten Impuls legen die unterschiedlichen spektralen Anteile verschieden lange Wege zurück. Die daraus resultierende Zeitverzögerung führt zu einer Verschmälerung des Pulses und damit zu einer Kompensation der chromatischen Dispersion.

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