Transponder (OEO) optischer Glasfaser-Repeater für DWDM-System

Ein optischer Transponder ist ein spezielles optisch-elektrisch-optisches (OEO) Gerät, das in Wellenlängenmultiplex-(WDM)-Netzwerksystemen eingesetzt wird. Seine Hauptfunktion besteht darin, optische Signale über verschiedene Wellenlängen zu empfangen und zu übertragen. Optische Transponder verwenden typischerweise entweder einen optischen Halbleiterverstärker (SOA) oder einen Laser als optische Quelle. In den meisten Fällen enthalten sie auch einen Elektroabsorptionsmodulator (EAM), der zur Modulation des optischen Signals verwendet wird. Dieser Beitrag stellt den optischen Transponder im Detail vor.

Was ist ein optischer Transponder (OEO)?

Die optischer Transponder ist ein zentrales Ausrüstungselement in optischen Kommunikationssystemen. Es ist dafür verantwortlich, das optische Signal in ein elektrisches Signal umzuwandeln, das elektrische Signal zu verstärken und es anschließend wieder in ein optisches Signal umzuwandeln. Der optische Transponder kann außerdem die Übertragungsdistanz des optischen Signals durch optisch-elektrisch-optische Umwandlung verlängern. 

Dadurch kann das optische Signal über größere Entfernungen übertragen werden, ohne seine Integrität zu verlieren. Der optische Transponder kann das optische Signal auch von standardmäßigen optischen Wellenlängen in ein optisches CWDM- oder DWDM-Signal umwandeln. CWDM-Signale sind weniger empfindlich gegenüber Dispersion als standardmäßige optische Signale und können daher über größere Entfernungen übertragen werden. DWDM-Signale sind noch weniger empfindlich gegenüber Dispersion als CWDM-Signale und können daher über noch größere Entfernungen übertragen werden.

Bei der Signalregeneration durch den optischen Transponder ermöglicht er es, das optische Signal neu zu formen, neu zu takten und erneut zu verstärken. Dieser Ansatz ermöglicht es dem optischen Transponder, das Signal genauer zu überwachen, zu bereinigen und zu verstärken.

Abbildung 1: Optischer Transponder

Warum benötigen wir einen optischen Transponder (OEO) in einem WDM-System?

In einem Wavelength-Division-Multiplexing (WDM)-System können verschiedene Geräte unterschiedliche Lichtwellenlängen verwenden. Manchmal müssen diese verschiedenen Geräte jedoch miteinander kommunizieren, und die unterschiedlichen Wellenlängen können zu Inkompatibilitäten führen.  Zusätzlich kann ein optischer Transponder (OEO) dazu beitragen, diese Inkompatibilitäten zu beheben, indem er die unterschiedlichen Wellenlängen in eine einzelne Wellenlänge umwandelt, die von einem Glasfasernetzwerk zu einem anderen übertragen werden kann. Dadurch können verschiedene Geräte nahtlos miteinander kommunizieren, unabhängig von den unterschiedlichen Standards zwischen verschiedenen Glasfasernetzen. Daher sind OEOs ein wesentlicher Bestandteil jedes WDM-Systems. Im Allgemeinen unterteilen wir optische Transponder je nach Art der Umwandlung in drei verschiedene Modelle

Multimode- in Singlemode-Faser umwandeln

Unter den zwei verschiedenen Modi von Glasfasern wird Multimode-Faser für die Kurzstreckenübertragung verwendet, und Singlemode-Faser wird im Allgemeinen für die Langstreckenübertragung verwendet. Wenn wir Daten über Entfernungen übertragen müssen, die die Übertragungsdistanzgrenze von Multimode überschreiten, oder wenn wir Datenübertragungsverbindungen zwischen Singlemode- und Multimode-Geräten herstellen müssen, müssen wir eine Moduskonvertierung durchführen, andernfalls können sie keine Daten interoperabel austauschen. Das folgende Bild zeigt, wie zwei Switches über eine Entfernung hinweg durch zwei optische Transponder verbunden werden, während Multimode-Faser in Singlemode-Faser umgewandelt wird. Dieser Verbindungsmodus wird im Allgemeinen verwendet, um das optische 10G-Transportnetz (OTN) und das synchrone optische Netzwerk (SONET) zu erweitern.

Abbildung 2: Multimode- zu Singlemode-Faser Umwandlung

Dual-Fiber in Single-Fiber umwandeln

Einzelfaser wird im Allgemeinen in BiDi-Netzwerken betrieben, die durch bidirektionale (BiDi) Übertragung zwei verschiedene Wellenlängen auf demselben Faserstrang nutzen können, während Dual-Faser dieselbe Wellenlänge auf zwei verschiedenen Fasern verwendet. Bei der Umwandlung zwischen Dual-Faser und Einzelfaser können Sie zwei optische Transponder verwenden, um die Aufgabe zu erledigen, wenn zwei über große Entfernungen verbundene Dual-Faser-Switches durch zwei optische Transponder verbunden werden. BiDi-Einzelfaser nutzt zwei verschiedene Wellenlängen auf einer Faser, das Senden (Tx) an einem Ende der Faser und das Empfangen (Rx) am anderen Ende und umgekehrt.

Abbildung 3: Umwandlung von Dual Fiber zu Single Fiber

Wellenlängen umwandeln

Netzwerksysteme. Glasfaser-Netzwerkgeräte mit festen Glasfaserschnittstellen, die herkömmliche Wellenlängen verwenden, müssen über einen optischen Transponder auf CWDM- oder DWDM-Wellenlängen umgewandelt werden.  In der Abbildung unten wird die Wellenlängenumwandlung durch die Verwendung eines SMF SFP+ und eines optischen 1530nm CWDM SFP+-Moduls erreicht, wodurch der 10G-Switch mit dem CWDM Mux/Demux verbunden wird. Das Netzwerk erfordert einen 10G-Switch mit einem 1310nm-Signalausgang zu einem CWDM Mux/Demux mit einer Wellenlänge von 1530nm, wodurch der 10G-Switch mit dem CWDM Mux/Demux verbunden wird. Mit diesem optischen Transponder können Sie die Wellenlängenumwandlung abschließen, da das Signal mit der erforderlichen Wellenlänge durchgeleitet werden kann. Dies bietet eine deutlich effizientere Möglichkeit, ein WDM-System zu betreiben, und ist zudem weitaus kostengünstiger.

Abbildung 4: Umwandlung verschiedener Wellenlängen

Transponder vs. Transceiver und Muxponder

Transponder und Transceiver sind Geräte, die verwendet werden, um zwei verschiedene Arten von Netzwerken zu verbinden, damit sie miteinander kommunizieren können. Ein Transceiver ist ein Gerät, das Daten sowohl senden als auch empfangen kann, während ein Transponder nur Daten empfängt. Sowohl Transponder als auch Transceiver können verwendet werden, um Daten von einer Form in eine andere umzuwandeln. Beispielsweise kann ein Transponder verwendet werden, um elektrische Signale in optische Signale umzuwandeln, und ein Transceiver kann verwendet werden, um optische Signale in eine andere Wellenlänge optischer Signale umzuwandeln. Transceiver werden typischerweise in Langstreckenanwendungen eingesetzt, während Transponder typischerweise in Kurzstreckenanwendungen eingesetzt werden. 

Ein Muxponder ist ein Gerät, das mehrere Signale zu einem einzigen Signal multiplext (oder kombiniert). Muxponder ähneln Transceivern darin, dass sie sowohl Daten senden als auch empfangen können, sie sind jedoch speziell für das Multiplexen von Signalen konzipiert. Muxponder werden typischerweise in Langstreckenanwendungen eingesetzt, bei denen mehrere Signale zu einem einzigen Signal kombiniert werden müssen. 

Obwohl Transponder, Transceiver und Muxponder alle Ähnlichkeiten in ihrer Funktionalität aufweisen, handelt es sich im Hinblick auf ihre vorgesehenen Zwecke im Wesentlichen um unterschiedliche Geräte. Transponder sind für Anwendungen über kurze Distanzen ausgelegt, Transceiver für Anwendungen über lange Distanzen, und Muxponder sind dafür ausgelegt, mehrere Signale zu einem einzigen Signal zusammenzufassen.

Ein 8-Port-Multirate-WDM-Transponder mit vier Kanälen wandelt Multimode-Signale mit 1Gbps oder 10Gbps in Singlemode-CWDM/DWDM-Wellenlängen um, wodurch die maximale Entfernung der 1G/10G-Verbindung verlängert werden kann. In dieser Verbindung wird nur das Signal verstärkt, und die Datenrate ändert sich vor und nach der Signalumwandlung nicht.

Abbildung 5: Ein 8-Port-Vierkanal-Transponder

WDM-Glasfaser-Transceiver, die enthalten CWDM/DWDM-Transceiver-Module kann zum Senden und Empfangen optischer Signale bestimmter Wellenlängen verwendet werden. Sie übertragen das Signal nur negativ, ohne seinen Modus, seine Wellenlänge oder seine Geschwindigkeit zu ändern.

Abbildung 6: Ein optisches DWDM-SFP-Modul

Bei Glasfaser-Muxpondern handelt es sich um multiprotokollfähige, mehrstufige Geräte, die mehrere verschiedene Arten von Diensten auf einer einzigen Glasfaser bündeln. Beispielsweise kann ein 100Gbps-Muxponder mit 10x10G-SFP+- und 1x100G-CFP-Anschlüssen bis zu 10 separate Standards von 10G-Signalen zu einem einzigen 100G-Signal bündeln.

Abbildung 7: 100G Multiprotocol Multirate Muxponder

Standalone- oder Line-Card-WDM-Transponder, welchen wählen?

Bei WDM-Transpondern gibt es zwei Haupttypen: eigenständige Geräte und Linecards. Eigenständige Transponder sind eigenständige Geräte, die im Rack montiert werden können oder als Desktop-Ausführung erhältlich sind. Linecard-Transponder hingegen sind in Linecards integriert, die in Chassis installiert werden. Welchen sollten Sie also wählen?

Bei Ihrer Entscheidung gibt es einige Dinge zu berücksichtigen. Denken Sie zunächst an den verfügbaren Platz in Ihrem Rechenzentrum. Wenn Sie nur begrenzten Platz haben, ist ein Line-Card-Transponder möglicherweise die bessere Option, da er nicht so viel Platz einnimmt wie ein eigenständiger Transponder. Zweitens sollten Sie Ihr Budget berücksichtigen. Line-Card-Transponder sind bei gleicher Größe tendenziell günstiger als eigenständige Transponder. Denken Sie schließlich an Ihre spezifischen Anforderungen. Wenn Sie eine höhere Portdichte benötigen oder erweiterte Funktionen nutzen möchten, ist ein Line-Card-Transponder möglicherweise die bessere Option. 

Fazit

Wenn Sie Signale zwischen verschiedenen Geräten übertragen müssen, müssen Sie überlegen, ob diese miteinander kompatibel sind und ob Sie einen optischen Transponder für die Datenkonvertierung benötigen. In diesem Artikel stellen wir mehrere gängige optische Transponder für die Datenkonvertierung vor, darunter die Konvertierung von Singlemode-Faser zu Multimode-Faser, die Konvertierung von Dual-Fiber zu Single-Fiber und die Konvertierung zwischen verschiedenen Wellenlängen. Es ist wichtig zu beachten, dass der optische Transponder nur für die erneute Verstärkung, Überwachung und Bereinigung des Signals verantwortlich ist und die Übertragungsrate nicht geändert wird. Mit einem optischen Transponder können wir die Übertragungsdistanz der optischen Übertragungsstrecke verlängern. Wenn Sie mehr erfahren möchten, wenden Sie sich bitte an QSFPTEK über [email protected]. Wir können Ihnen bereitstellen optische Transponder und eine große Auswahl an optischen Modulen, fordern Sie gerne ein Angebot an!