Der vielseitige optische Transponder (OEO) im WDM-System

Ein optischer Transponder, auch als O-E-O (optisch-elektrisch-optisch) bezeichnet, ist ein integrierter Bestandteil und von entscheidender Bedeutung für die Signalübertragung im gesamten WDM-Netzwerksystem. Ein optischer Transponder funktioniert, indem er das vom End- oder Client-Service eingehende Signal in eine WDM-Wellenlänge umwandelt. Dieser Prozess ist in WDM-Systemen wichtig, und in diesem Beitrag wird erklärt, warum und wie er durch optische Transponder erreicht wird.

Was ist ein optischer Transponder (OEO)?

Ein optischer Transponder besteht aus einem Sender und einem Empfänger, ähnlich wie bei einem Transceiver, der einen Sender und einen Empfänger enthält. Der optische Transponder verlängert die Übertragungsstrecke, indem er die Wellenlängen umwandelt und das Signal verstärkt. Er empfängt automatisch ein Signal, verstärkt es und sendet es dann auf einer anderen Wellenlänge weiter, ohne den Daten-/Signalinhalt zu verändern. Das heißt, ein optisches Signal, das der Transponder empfängt, wird in einen elektrischen Datenstrom umgewandelt, den er dann verarbeitet und regeneriert. Der Transponder wandelt dann das Signal von optischen Standardwellenlängen in ein optisches CWDM- (Coarse WDM) oder DWDM- (Dense WDM) Signal um. Dieser Prozess wird allgemein als OEO-Konvertierung (optical to electrical to optical) bezeichnet.

Abbildung 1: Schematische Darstellung eines Optischen Faser Transponder

Anstatt das ursprüngliche Signal während des Prozesses einfach zu regenerieren, sind moderne WDM-Transponder mit dem 3R-System (reshape, retime, reamplify) ausgestattet, das in der Lage ist, das Signal präzise und genau zu bereinigen, zu überwachen und zu verstärken.

Warum werden optische Transponder (OEO) in WDM-Systemen benötigt?

Der optische Transponder wird in WDM-Systemen aus mehreren Gründen benötigt. Erstens, wenn Geräte mit unterschiedlichen Wellenlängen miteinander kommunizieren müssen, kann der optische Transponder das Problem der Inkompatibilität zwischen ihnen lösen. Zweitens gibt es mehr als ein Glasfasernetz, das von verschiedenen Anbietern und mit unterschiedlichen Standards bereitgestellt wird. Wir benötigen WDM-Transponder, um von einem Glasfasernetz in ein anderes zu wechseln. Diese Anforderungen lassen sich in der Praxis in drei Arten von Transpondern unterteilen.

Umwandlung von Multimode- in Singlemode-Fasern

Es ist bekannt, dass Multimode-Fasern (MMF) häufig für die Übertragung über kurze Entfernungen und Singlemode-Fasern (SMF) für die Übertragung über lange Entfernungen verwendet werden. Eine Modusumwandlung ist erforderlich, wenn die Übertragungsdistanz die Grenzen von MMF überschreitet oder wenn eine Verbindung zwischen einem Multimode-Gerät und einem Singlemode-Gerät erforderlich ist. Die folgenden zwei Switches, die weit voneinander entfernt sind, sind beispielsweise über zwei optische Transponder verbunden, die MMF in SMF umwandeln. Eine typische Anwendung dieser Funktion ist die Verlängerung der Entfernungen von 10G Optical Transport Network (OTN) und Synchronous Optical Network (SONET) Ringen.

Abbildung 2: Umwandlung von Multimode- in Singlemode-Fasern

Konvertierung von Dual-Fasern zu Single-Fasern

In Netzwerken ist auch eine Konvertierung zwischen Doppelfasern und Einzelfasern erforderlich. Doppelfasern nutzen dieselbe Wellenlänge über zwei verschiedene Faserstränge, während Einzelfasern zwei verschiedene Wellenlängen über einen Faserstrang nutzen, was als bidirektionale (BiDi) Übertragung bekannt ist. In diesem Fall werden zwei Doppelfaser-Switches über große Entfernungen mit zwei optischen Transpondern verbunden. Da die BiDi-Einzelfaser zwei verschiedene Wellenlängen in einem Faserstrang besitzt, stimmt die Sendeleistung (Tx) an einem Ende der Faser mit der Empfangsleistung (Rx) des anderen Endes überein und umgekehrt.

Abbildung 3: Umwandlung einer Dual-Faser in eine Single-Faser

Umwandlung von Wellenlängen

Die Wellenlängenkonvertierung ist die häufigste Anwendung von optischen Transpondern in WDM-Systemen. Glasfasernetzwerke mit festen Glasfaserschnittstellen, die mit herkömmlichen Wellenlängen (850 nm, 1310 nm, 1550 nm) arbeiten, müssen mit optischen Transpondern, die zusammen mit Small-Form-Pluggable-Transceivern (SFP), die verschiedene Wellenlängen übertragen, zur Wellenlängenkonvertierung in CWDM- oder DWDM-Wellenlängen umgewandelt werden können. In der Abbildung unten wird ein 10G Switch mit einem Signalausgang bei 1310 nm benötigt, um an einen CWDM Mux/Demux Kanalport mit einer Wellenlänge von 1530 nm angeschlossen zu werden. Ein Transponder, der mit einem SMF SFP+ und einem 1530 nm CWDM SFP+ arbeitet, wird zwischen dem Switch und dem CWDM Mux/Demux eingesetzt, um eine Wellenlängenkonvertierung zu erreichen.

Abbildung 4: Umwandlung von Wellenlängen

Transponder vs. Transceiver und Muxponder

In Glasfasernetzen sind Transponder, Transceiver und Muxponder Geräte, die für den Empfang und die Übertragung von optischen Signalen eingesetzt werden. Obwohl sie sich in ihrer Funktionsweise ähneln, sind sie hinsichtlich ihres Verwendungszwecks grundverschiedene Geräte. Glasfaser-Transceiver sind auf eine rein elektrisch-optische Funktion beschränkt und haben eine serielle elektrische Schnittstelle, während Transponder ein optisches Signal einer Wellenlänge in ein anderes umwandeln und eine parallele elektrische Schnittstelle verwenden. Daher können WDM-Transponder als zwei Transceiver betrachtet werden, die Rücken an Rücken angeordnet sind. Glasfaser-Muxponder senden und empfangen optische Signale auf einer Glasfaser in ähnlicher Weise wie Transponder, aber erstere haben die zusätzliche Funktion des Multiplexens mehrerer untergeordneter Client-Schnittstellen auf die Leitungsschnittstelle mit höherer Rate.

Beispielsweise kann ein 4-Kanal-Multirate-WDM-Transponder mit 8 SFP/SFP+-Ports ein Multimode-Signal von 1 Gbit/s oder 10 Gbit/s in ein Singlemode-Signal mit CWDM/DWDM-Wellenlänge umwandeln, so dass die 1G/10G-Verbindung auf eine größere Länge erweitert werden kann. Obwohl das Signal verstärkt wird, wird die Datenrate vor und nach der Umwandlung nicht verändert.

Abbildung 5: 4-Kanal-Multirate-WDM-Transponder (Linecard-Typ) mit 8 SFP/SFP+-Ports

As for WDM fiber optic transceivers, Wie bei WDM-Glasfasertransceivern sind CWDM/DWDM-Transceivermodule für das Senden und Empfangen eines optischen Signals einer bestimmten Wellenlänge ausgelegt. Sie verstärken das optische Signal nicht und ändern auch nicht dessen Modus, Wellenlänge oder Geschwindigkeit.

Abbildung 6: CWDM-Transceiver

Bei Glasfaser-Muxpondern handelt es sich um Multiprotokoll-Multirate-Geräte, die mehrere verschiedene Dienste auf einer Faser integrieren. Ein 100Gbps-Muxponder mit 10x 10G SFP+- und 1x 100G CFP-Schnittstellen kann zum Beispiel bis zu zehn 10G-Signale verschiedener Standards auf ein 100G-Signal aggregieren.

Abbildung 7: 100G-Multiprotokoll-Multirate-Muxponder aggregiert verschiedene Sub-Rate-Dienste.

Standalone- oder Line-Card-WDM-Transponder, was ist zu wählen?

Bei der Suche nach einem WDM-Transponder (OEO) auf dem Markt gibt es sowohl Standalone- als auch Line-Card-Transponder. Jeder von ihnen hat seine Vor- und Nachteile bei der Verwendung.

Bei Standalone WDM-Transpondern gibt es Rackmount- und Desktop-Typen. Rackmount-Typen haben Halterungen, die eine einfache Installation in Standard-Racks ermöglichen, während Desktop-Typen in der Regel nicht die Standardgröße von 1U haben und nur auf Regalen oder Schreibtischen platziert werden können. Sowohl der Rackmount-Typ als auch der Desktop-Typ sind in einer einzelnen Metallbox verpackt, die die Module im Inneren schützt und es ermöglicht, den Transponder allein zu verwenden. Standalone bedeutet aber auch, dass er eine individuelle Überwachung benötigt und mehr Platz einnimmt. Standalone-WDM-Transponder haben in der Regel eine geringere Kapazität und weniger Steckplätze im Vergleich zu Line-Card-Typen gleicher Größe. Außerdem ist der Preis für Standalone-Transponder aufgrund der Bauweise höher.

Abbildung 8: Bild für ein eigenständiges OEO.

OEO-Linecards sind Plug-in-Typen, die in leeren Rackmount-Gehäusen verwendet werden. Sie haben den Vorteil einer geringeren Größe, mehr Schnittstellen, die nur wenig Platz beanspruchen, und eine höhere Kapazität bei gleichen Abmessungen. Die OEO-Karten werden zusammen mit anderen funktionalen Linecards verwaltet, d. h. sie können flexibel entfernt, installiert und als Gruppe überwacht werden. Die Line-Card-Typen sind oft billiger. Das einzige Manko ist, dass die Linecards nicht allein verwendet werden können, sondern in den Chassis eingesetzt werden müssen, in denen sie eingebaut sind.

Abbildung 9: OEO-Line-Card wird in einem Rack-Mount-Chassis verwendet.

Zusammenfassung

Optische Transponder sind vielseitig einsetzbar, um verschiedene Signaltypen umzuwandeln, darunter Multimode- in Singlemode-Signale, Doppelfasern in Einzelfasern und eine Wellenlänge in eine andere Wellenlänge. Während des Prozesses wird das Signal auch wieder verstärkt, überwacht und bereinigt, aber es wird nicht so verändert, dass es sich von seiner ursprünglichen Bitrate unterscheidet. Dadurch wird die Übertragungsstrecke verlängert.