Wellenlängenübersetzung mithilfe von SFP-Transceivern ermöglicht die Erweiterung optischer

BTI Photonic Systems, Ottawa, Kanada

Die optisch-elektrisch-optische (OEO) Wellenlängenübersetzung (WT) auf Basis von Small-Form-Factor-Pluggable-Transceivern (SFP) stößt bei optischen Metro-Netzwerkanwendungen auf zunehmendes Interesse. Es bietet eine flexible und kostengünstige Lösung für die Verbindung mit älteren optischen Geräten, die die Wellenlängen der International Telecommunications Union (ITU) nicht unterstützen. WT verbessert die Leistung optischer Systeme, indem es die Betriebswellenlänge des eingehenden optischen Signals auf eine Wellenlänge ändert, die eine größere Reichweite durch geringere Dämpfung oder geringere Dispersionseinbußen ermöglicht.

WT ist nicht nur protokollunabhängig, sondern bietet auch die Möglichkeit, eine optische Quelle mit einer schmaleren Linienbreite einzusetzen und so die optische Verbindung durch ein besseres Dispersionsmanagement zu erweitern. Dies ist besonders nützlich für Systeme mit höherer Geschwindigkeit, wie z. B. OC-48, die auf 1300-nm-Systemen laufen und eine Linkverlängerung erfordern. Datenkommunikationssignale bei 850 nm, die über Multimode-Glasfaser laufen, können auch von WT profitieren, der es dem System ermöglicht, über Singlemode-Glasfaser bei 1550 nm zu laufen, wodurch Multimode-Dispersion vermieden wird.

Die Hauptkomponente, die WT ermöglicht hat, ist der SFP-Transceiver, der aus einem Sender, einem Empfänger und einem Mikrocontroller besteht. Das Sendermodul besteht aus einem Laser und einer Laserantriebsschaltung, die einen thermoelektrischen Kühler (TEC) enthalten kann. Der Laser könnte sein: ein ungekühlter Single-Mode-Laser mit verteilter Rückkopplung (DFB), dessen Mittenwellenlänge irgendwo im Bereich von 1480 nm bis 1580 nm liegt (typischerweise bei 1550 nm); ein grober Wellenlängenmultiplexer (CWDM), ITUgrid-Wellenlänge, gekühlter DFB-Laser mit einer Wellenlänge, deren Spitze im 100-GHz-Abstand auf dem ITU-Gitter zentriert ist; ein 1310-nm-Multimode-Fabry-Perot-Laser (FP); oder ein Multimode-850-nm-Vertical-Cavity-Surface-Emitting-Laser (VCSEL).

Der Empfänger ist je nach Verbindungsbudget ein PIN- oder APD-basiertes Modul mit einem Transimpedanzverstärker (TIA) und einem begrenzenden Nachverstärker. Die erreichbare Verbindungsreichweite nach WT hängt sowohl vom Sender als auch vom Empfänger ab und kann kurz (bis zu 10 km), mittel (bis zu 60 km), lang (bis zu 100 km) oder mit großer Reichweite (bis zu 160 km) sein ).

Heutzutage unterliegen die meisten SFP-Transceiver einem Multi-Source-Abkommen (MSA), das von vielen Anbietern unterzeichnet wurde, um die Konformität und Austauschbarkeit der Module zu gewährleisten. Diese Transceiver bieten Hot-Swap-fähige Module, die einzelne 3,3-V-Stromquellen nutzen, um den Stromverbrauch zu minimieren.

Der SFP-Transceiver empfängt ein NRZ-codiertes optisches Signal und wandelt es in ein rauscharmes CML- (Current Mode Logic) oder LVPECL-kompatibles elektrisches Signal (Low-Voltage Positive Referenced Emitter Coupled Logic) um. Der Sender ist sowohl mit CML- als auch mit LVPECL-Eingangsdatenpegeln kompatibel. SFP-Transceiver verfügen über eine digitale Diagnosefunktion zur Meldung des Sender- und Empfängerstatus. Sie sind für Datenraten von 50 MHz bis 2,7 GHz einsetzbar und unterstützen neben Datenkommunikationsprodukten auch SONET, Gigabit Ethernet und Fibre Channel. Ein Datenkommunikations-SFP-Transceiver muss den IEEE-Standard (Gigabit Ethernet 802.3) oder die Fibre Channel- und FC-PI-Spezifikationen des American National Standards Institute (ANSI) erfüllen. SFP-Transceiver mit SONET-Protokoll müssen die Qualifizierungsanforderungen von Telcordia erfüllen.

Abbildung 1 zeigt ein WT-Blockdiagramm, das zur Umwandlung eines 850-nm-TDM-Signals in ein 1550-nm-Signal zur Übertragung an einen entfernten Standort verwendet wird. Das 850-nm-Signal könnte ein 1-Gbit/s-Datensignal auf einer 200-MHz-km-Multimode-Glasfaser sein, das an einen anderen, kilometerweit entfernten Netzwerkstandort gesendet werden muss. Die Konvertierung auf 850 nm kann in ein TDM-Signal bei 1550 nm, eine CWDM-Wellenlänge oder eine DWDM-Wellenlänge (Dense Wavelength Division Multiplexing) auf dem ITUgrid erfolgen. Die Wahl des Systems hängt von der Entfernung zwischen den Standorten, der Bitrate und Budgetüberlegungen ab.

Wellenlängenübersetzung und -regeneration finden Anwendung bei Verbindungserweiterungen, um Verlust- und Streuungsbeschränkungen bei Netzwerk-Upgrades zu überwinden. Beispielsweise kann ein 1310-nm-Altnetzwerk in ein DWDM-Netzwerk umgewandelt werden, das die Verbindungskapazität und das Netzwerkmanagement verbessern würde, ohne auf die Kosten für elektrisches Multiplexen und die Übertragung von Signalen mit höherer Bitrate zurückgreifen zu müssen. Die Verbindungskapazität wird erhöht, indem viele 1310-nm-Signale in verschiedenen Fasern in eine entsprechende Anzahl von 1550-nm-DWDM-Kanälen umgewandelt werden, die jeweils mit der ursprünglichen Signalbitrate arbeiten, die optisch in eine einzige Faser gemultiplext und mithilfe aktueller Technologien wie Rekonfigurierbar verwaltet werden könnten Add/Drop-Multiplexer (ROADM).

Ein Beispiel für die Art praktischer Probleme, die mit der Wellenlängenübersetzung gelöst werden können, ist in Abbildung 2 dargestellt. In diesem Fall ist die Anzahl der zwischen den Netzwerken übertragenen Bits gleich. Die Signale mit niedrigerer Bitrate werden optisch gemultiplext und dann mithilfe einer Optoelektronik übertragen, die für die Verarbeitung der ursprünglichen Bitraten ausgelegt ist. Alternativ können diese Signale mit niedrigerer Bitrate elektrisch auf eine höhere Rate gemultiplext werden, so dass Optoelektronik mit höherer Bitrate verwendet werden muss. Nachdem die Signale unter Verwendung einer geeigneten optischen Quelle (z. B. eines Lasers mit schmaler Linienbreite) auf 1550 nm übersetzt wurden, sind die Voraussetzungen für den Einsatz optischer Verstärkung, Dispersionskompensation und anderer Signalmassagetechniken geschaffen, die für die Übertragung über größere Entfernungen erforderlich sind.

Dieser Artikel wurde von Ahmad K. Atieh, Ph.D., leitender optischer Ingenieur, und Paul Vella, Ph.D., Vizepräsident für optische Technik, für BTI Photonic Systems verfasst. Weitere Informationen zur Wellenlängenumsetzung mithilfe von SFP-Transceivern erhalten Sie von den Autoren unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt. Um es anzuzeigen, muss JavaScript aktiviert sein. und Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt. Sie müssen JavaScript aktivieren, damit Sie es sehen können. Rufen Sie (613) 248-9154 an und besuchen Sie http://info.ims.ca/5291-231.

Dieser Artikel erschien erstmals in der Septemberausgabe 2005 des NASA Tech Briefs Magazine.

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