Glasfaser-Übertragungs-Multiplexing-Techniken
In der Glasfaserkommunikation wird Multiplexing als das wichtigste Mittel zur Erweiterung der bestehenden Glasfasernetzwerktechnik angesehen. Da optische Daten unter Verwendung unterschiedlicher physikalischer Dimensionen wie Zeit, Frequenz, Raum, Polarität usw. übertragen werden können, können unterschiedliche Multiplextechniken zum Erhöhen der Datenträgerkapazität einer einzelnen optischen Faser verwendet werden. Gegenwärtig werden einige Multiplextechniken bereits im Zuge der optischen Innovation verwendet, und einige Ansätze werden als potenziell angesehen, um mehr Verbesserungen bei der Beschleunigung von mehr Informationen zu erzielen. In diesem Artikel werden zwei wichtige Multiplextechniken - Wellenlängenmultiplex (WDM) und optisches Zeitmultiplex (OTDM) - sowie potenzielle Multiplextechniken - Raummultiplex (SDM) und Unterträgermultiplex - erörtert, die bisher nicht weit verbreitet waren in der optischen Kommunikation.
Aktuelle Multiplextechniken
Gegenwärtig haben Multiplextechnologien viele Dimensionen verwendet, um die Kapazität des optischen Übertragungssystems über eine feste Bandbreite zu erhöhen. Zwei Hauptmethoden sind WDM und OTDM.
Wellenlängenmultiplex
WDM ist eine der Multiplextechniken, die die Bandbreite durch Multiplexen einer Vielzahl von optischen Trägersignalen auf eine einzelne optische Faser unter Verwendung verschiedener Wellenlängen erhöht. Jedes Signal bei WDM-Wellenlängen ist unabhängig von einem Protokoll und einer Geschwindigkeit. Die WDM-Technologie ermöglicht die bidirektionale Kommunikation gleichzeitig über eine einzige Glasfaser. Durch die Gründung von WDM wird das Netzwerk zu einem einzigen virtuellen Glasfasernetzwerk vereinfacht, anstatt mehrere Signalformen mit unterschiedlichen Glasfasern und Diensten zu verwenden. Auf diese Weise erhöht WDM die Bandbreite und senkt die Netzwerkkosten, indem die benötigten Fasern reduziert werden. Es gibt zwei verschiedene Wellenlängenmuster von WDM-Systemen: Grob (CWDM) und Dicht (DWDM). CWDM und DWDM basieren auf dem gleichen Konzept der Verwendung mehrerer Lichtwellenlängen auf einer einzelnen Faser, unterscheiden sich jedoch im Abstand der Wellenlängen, in der Anzahl der Kanäle und in der Fähigkeit, die gemultiplexten Signale im optischen Raum zu verstärken. In einem WDM-System werden verschiedene optische Signale an einem Ende der optischen Faser miteinander kombiniert (gemultiplext) und am anderen Ende in verschiedene Kanäle getrennt (demultiplext).
Der optische Träger WDM wird oft als eine analoge Technik des Frequenzmultiplex angesehen, die typischerweise für einen Funkträger gilt. Es gibt jedoch keinen wesentlichen Unterschied zwischen ihnen, da sie die gleichen Informationen übermitteln.
Optisches Zeitmultiplex
OTDM ist eine Multiplextechnik, die im Grunde genommen eine Anzahl von optischen Kanälen mit niedriger Bitrate im Zeitbereich multiplext. Mehrere optische Kanäle mit niedriger Geschwindigkeit werden zu einer festen elektrischen Taktperiode gemultiplext, wodurch die Übertragungsgeschwindigkeit erhöht wird. Jedes Signal wird über einen einzelnen Kommunikationskanal übertragen, indem der Zeitrahmen in Zeitschlitze unterteilt wird - ein Zeitschlitz für jedes Nachrichtensignal. Abhängig von der Zeit wird jedem langsamen Kanal eine bestimmte Position zugewiesen, an der er im synchronisierten Modus arbeitet. Das heißt, der Multiplexer und der Demultiplexer werden zeitlich synchronisiert und gleichzeitig auf den nächsten Kanal geschaltet.
Üblicherweise wird die optische Impulsbreite verkürzt, um innerhalb der festen Taktperiode mehr Kanäle zu multiplexen. Zusätzlich kann die verkürzte Impulsbreite das Übersprechen zwischen Kanälen reduzieren, da mehr Raum für die Bitrate übrig bleibt. Eine kurze Impulsbreite führt jedoch zu einer starken Streuung, wenn die Fahrstrecke zunimmt. Daher muss eine transformationsbegrenzte Puls- und Dispersionssteigungskompensationstechnik verwendet werden, um den Dispersionseffekt auf OTDM zu reduzieren.
Potenzielle Multiplextechniken für die Zukunft
Obwohl die beiden oben genannten Multiplextechniken in der optischen Kommunikation verwendet wurden, um die Leistung der optischen Faser zu optimieren, gibt es immer noch Einschränkungen der aktuellen Technologien, und bei stetig steigendem Datenbedarf werden neue Multiplextechniken benötigt.
Raummultiplex
SDM ist eine Technologie, die die räumliche Dimension nutzt, um gleichzeitig verschiedene Datenströme zu liefern, indem parallele räumliche Kanäle erstellt werden. Diese Technologie wird häufig in MIMO-Systemen (Multi-Input Multi-Output) verwendet. MIMO enthält mindestens zwei Antennen auf der Senderseite und mindestens zwei Antennen auf der Empfängerseite. Die MIMO-Signalverarbeitung wird bereits häufig in aktuellen kohärenten optischen Übertragungssystemen mit Polarisation Division Multiplexing (PDM) über Standard-Single-Mode-Fasern eingesetzt. Es wird angenommen, dass es durch die Übernahme von Strategien unter Verwendung von Mehrkern- und Mutil-Mode-Fasern möglich ist, mit SDM hoher Dichte Langstreckenübertragungsdistanzen und Hochgeschwindigkeitsdatenraten zu erzielen.
Fazit
Unter allen Multiplextechnologien ist WDM in der optischen Kommunikation am weitesten verbreitet. Da verschiedene Multiplextechniken in einigen Aspekten ihre Grenzen haben, wird normalerweise vorgeschlagen, mehr als eine Technik in Glasfasernetzen zu verwenden, um die beste Übertragungsleistung zu erzielen.
