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Hochgeschwindigkeits-Glasfaserlösungen für die Langstreckenübertragung - G.654.E Singlemode-Faser

Migelle

Übersetzer*in Felix
27. Mai 2022

Viele theoretische und experimentelle Untersuchungen haben ergeben, dass die G.654.E-Faser mit ihren extrem verlustarmen und großflächigen Eigenschaften die Langstreckenübertragungsleistung von 100G-, 200G-, 400G- und höheren Geschwindigkeitsnetzen im Vergleich zur herkömmlichen G.652-Faser deutlich verbessern kann. Daher gilt die G.654.E-Faser als vielversprechender Kandidat zur Optimierung der Übertragungsleistung für optische Ultrahochgeschwindigkeits-Langstreckennetze der nächsten Generation.

Die G.654.E-Faser ist eine neue Art von Cut-Off-Wellenlängenverschiebungs-Singlemode-Faser. Sie ist mit dem von der ITU-T im November 2016 herausgegebenen Standard G.654.E kompiliert, der die neueste Überarbeitung der „ITU-T Recommendation G.654 - Characteristic of a Cut-Off Shifted Singlemode Optical Fiber and Cable“ ist. Zu den früheren Revisionen des ITU-T G.654-Standards gehören G.654.A, G.654.B, G.654.C und G.654.D, die Fasern beschreiben, die typischerweise in Unterwasseranwendungen eingesetzt werden.

Wie die Singlemode-Fasern G.654.A, G.654.B, G.654.C und G.654.D zeichnet sich auch die G.654.E-Faser durch extrem niedrige Verluste und eine große wirksame Fläche aus. Sie hat große Vorteile bei der Betriebstemperatur, dem Makro-Biegeverlust usw. Genauer gesagt werden G.654.A-, G.654.B-, G.654.C- und G.654.D-Glasfaserkabel hauptsächlich in Meeresumgebungen eingesetzt, wo die Temperatur konstant bei -1℃ bis 2℃ liegt. Während die G.654.E-Faser für den Einsatz an Land vorgesehen ist, wo die Temperaturschwankungen von -65℃ bis 85℃ wesentlich höher sind. Außerdem kann die G.654.E-Faser allen Arten von Stress widerstehen und verfügt über eine hohe Biegefestigkeit, um Umgebungsdruck, Biegespannung und mechanische Einwirkungen in der komplexen terrestrischen Umgebung zu erfüllen. Dank all dieser Eigenschaften eignet sich die G.654.E-Faser eher für terrestrische optische Hochgeschwindigkeits-Langstreckennetze als für transozeanische Anwendungen. Die folgende Tabelle zeigt die Unterschiede zwischen den Fasereigenschaften und Kabeleigenschaften der Singlemode-Fasern G.654.A, G.654.B, G.654.C, G.654.D und G.654.E:


Attribut
Detail
G.654 A G.654 B G.654 C G.654 D G.654.E
Faser-Attribut
Mode Field-Durchmesser Wellenlängen 1550nm 1550nm 1550nm 1550nm 1550nm
Durchmesser 9,5 ~ 10,5μm 9,5 ~ 13,0μm 9,5 ~ 10,5μm 11,5 ~ 15,0μm 11,5 ~ 12,5μm
Toleranz ± 0,7μm ± 0,7μm ± 0,7μm ± 0,7μm ± 0,7μm
Cladding Diameter Clad Diameter 125μm 125μm 125μm 125μm 125μm
Toleranz ± 1um ± 1μm ± 1um ± 1um ± 1μm
Clad Non-Circularity Max. 2.0 % 2.0 % 2.0 % 2.0 % 2.0 %
Clad Concentricity Error Max. 0,8μm 0,8μm 0,8μm 0,8μm 0,8μm
Cable Cutoff Wavelength Max. 1530nm 1530nm 1530nm 1530nm 1530nm
Macrobend Attenuation Radius 30mm 30mm 30mm 30mm 30mm
Anzahl der Turns 100 100 100 100 100
Max. bei 1652nm 0,5dB 0,5dB 0,5dB 2,0dB 0,1dB
Proof Stress Min. 0,69Gpa 0,69Gpa 0,69Gpa 0,69Gpa 0,69Gpa
Chromatic Dispersion Coefficient D1550max 20ps/(nm·km) 22ps/(nm·km) 20ps/(nm · km) 23ps/(nm · km) 23ps/(nm · km)
S1550max 0,070ps/(nm2 · km) 0,070ps/(nm2 · km) 0,070ps/(nm2 · km) 0,070ps/(nm2 · km) 0,070ps/(nm2 · km)
Kabel-Attribut
Attenuation coefficient Max. bei 1550 nm 0,22dB/km 0,22dB/km 0,2dB/km 0,22dB/km 0,23dB/km
PMD-Koeffizient M 20 Kabel 20 Kabel 20 Kabel 20 Kabel 20 Kabel
Q 0.01% 0.01% 0.01% 0,01% 0.01%
Max. PMDQ 0.5ps/√km 0,2ps/√km 0,2ps/√km 0,2ps/√km 0.2ps/√km

G.654.E-Faser verbessert den OSNR-Wert

OSNR(Optical Signal to Noise Ratio) ist einer der wichtigsten Parameter, der einen großen Einfluss auf die Übertragungsleistung optischer Netzwerke hat. Die G.654.E-Faser hat eine sehr geringe Makro-Biegedämpfung und eine große effektive Fläche, was zur Verbesserung des OSNR-Wertes beiträgt, indem es den Übertragungsverlust reduziert und eine höhere Startleistung liefert. Hier wird die FOM-Methode (Figure of Merit) verwendet, um die Übertragungsleistung von G.654.E und anderen terrestrischen Langstrecken-Glasfasern zu vergleichen. FOM auf der y-Achse entspricht einer Erhöhung des Q-Faktors (eine prägnante Leistungsmetrik zur schnellen Charakterisierung von optischen digitalen Übertragungssystemen) im Vergleich zur Standard-G.652-Faser, die in eine Verbesserung der Reichweite umgerechnet werden kann. Ein Vorteil von 1 dB entspricht einer Reichweitenerhöhung von 25 %, ein Vorteil von 2 dB entspricht einer Reichweitenerhöhung von 60 % und ein Vorteil von 3 dB entspricht einer Reichweitenerhöhung von 100 %. Wie in der folgenden Abbildung zu sehen ist, bietet die G.654.E-Faser die beste Übertragungsleistung.

G.654.E-Fiber-performance(2).jpg

G.654.E-Faser verlängert die Übertragungsdistanz von Relais

Optische Hochgeschwindigkeits-Langstreckentransportnetze stehen vor enormen Herausforderungen bei der Verbesserung der Übertragungsdistanz ohne Verstärkung. Nach den Ergebnissen zahlreicher Experimente und praktischer Forschungen vergrößert das großflächige Design der G.654.E-Glasfaser die Größe des Faserkernbereichs, wodurch eine höhere Leistung des optischen Signals übertragen werden kann. Daher kann diese Art von Faser die optische Übertragungsdistanz im Vergleich zur G.652-Faser um 70% bis 100% verlängern. Es ist erwiesen, dass die G.654.E-Faser die Übertragungsdistanz von Relaisknoten auf bis zu 900km oder mehr erhöhen kann. Und ein Feldversuch zeigt, dass die G.654.E Singlemode-Faser in Kombination mit einem Erbium-dotierten Faserverstärker (EDFA) und einem rückwärts verteilten Raman-Verstärker (DRA) eine WDM-Übertragungsstrecke von 2000 km und 400 Gbit/s erreichen kann.

G.654.E-Faser verringert die Kosten für die Bereitstellung

Im Vergleich zu G.652-Fasern erhöht die Verwendung von G.654.E-Fasern die Kosten für Glasfaserkabel, da sie teurer sind. Diese Kosten sind jedoch im Vergleich zum Einsatz von G.652-Fasern für optische Hochgeschwindigkeitsnetzwerke gering. Dies liegt daran, dass die Verwendung von G.652-Glasfaserkabeln viel mehr Mengen und Kosten für optische Relaisknoten verursacht, da G.652-Glasfasern eine viel kürzere Übertragungsstrecke ohne Wiederholung haben. Während die G.654.E-Faser mit einer längeren Übertragungsstrecke die Gesamtzahl und die Kosten der optischen Relaisknoten und -systeme in Hochgeschwindigkeits-Langstreckennetzen reduzieren kann.

Fazit

Die extrem verlustarme und großflächige G.654.E-Faser kann die Übertragungsleistung von kohärenten optischen Systemen mit 100 Gbit/s, 200 Gbit/s, 400 Gbit/s und über 400 Gbit/s hinaus anstelle der standardmäßigen Singlemode-Faser erheblich verbessern. Es wird erwartet, dass sie eine starke Marktakzeptanz erlangen wird, da Hochgeschwindigkeitsnetzwerke mit 100G, 200G und 400G in den kommenden Jahren in großem Umfang für Data Center Interconnect (DCI), Metronetze und andere optische Langstreckennetzwerke eingesetzt werden.

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