Ein Überblick über populäre Multiplexing Technologien

Was sind Multiplexing-Technologien?

In der Glasfaserkommunikation ist Multiplexing eine Schlüsseltechnik, um die Kapazität der bestehenden Glasfasernetzinfrastruktur zu erhöhen. Es ermöglicht die Übertragung mehrerer separater Signale über denselben Kommunikationskanal, was zu einer besseren Auslastung des Kanals führt. Beim Multiplexing können mehrere Signale auf demselben Übertragungsmedium nebeneinander bestehen, indem unterschiedliche Parameter oder Dimensionen genutzt werden. So können die Signale gleichzeitig übertragen werden, ohne sich gegenseitig zu stören. Die wichtigsten heute verwendeten Multiplexing-Technologien sind Wellenlängenmultiplexing (WDM), Zeitmultiplexing (TDM), Frequenzmultiplexing (FDM) und Codemultiplexing (CDM). Diese Technologien werden im Einzelnen näher untersucht.

Wellenlängenmultiplexing (Wavelength Division Multiplexing)

Wellenlängenmultiplexing (WDM) ist eine Technik, die in optischen Netzwerken zur Erhöhung der Bandbreite eingesetzt wird, indem mehrere optische Trägersignale mit unterschiedlichen Wellenlängen auf einer einzigen Faser kombiniert werden. Jedes Signal mit einer bestimmten Wellenlänge ist unabhängig von einem Protokoll oder einer Geschwindigkeit und ermöglicht eine bidirektionale Kommunikation über eine einzige Faser. Dies vereinfacht das Netz durch die Schaffung eines virtuellen Glasfasernetzes, wodurch der Bedarf an mehreren Glasfasern verringert und die Netzkosten gesenkt werden.

Es gibt zwei Arten von WDM-Systemen: Coarse Wave Division Multiplexing (CWDM) und Dense Wave Division Multiplexing (DWDM). Sowohl CWDM als auch DWDM verwenden mehrere Wellenlängen auf einer einzigen Glasfaser, unterscheiden sich jedoch durch den Abstand der Wellenlängen, die Anzahl der Kanäle und die Fähigkeit zur Signalverstärkung. In einem WDM-System werden die optischen Signale an einem Ende der Faser kombiniert und am anderen Ende in verschiedene Kanäle aufgeteilt.

Time Division Multiplexing

Das Zeitmultiplexverfahren (Time Division Multiplexing, TDM) ist eine Methode, bei der verschiedene Signale in Zeitschlitze aufgeteilt und dann in der Reihenfolge dieser Schlitze übertragen werden. Im Bereich der optischen Kommunikation ist das optische Zeitmultiplexing (OTDM) eine spezielle Form des TDM, bei der die zeitliche Präzision optischer Impulse zum Multiplexen optischer Signale genutzt wird.

OTDM kombiniert im Wesentlichen mehrere optische Kanäle mit niedriger Bitrate innerhalb einer bestimmten elektrischen Taktperiode, wodurch die Übertragungsgeschwindigkeit erhöht wird. Jedes Signal wird durch Unterteilung des Zeitrahmens in Zeitschlitze gesendet, wobei jeder Schlitz für ein Nachrichtensignal vorgesehen ist. Durch die Zuweisung jedes langsamen Kanals an eine bestimmte Position auf der Grundlage der Zeit arbeitet das System synchronisiert. Folglich erreicht OTDM das Multiplexing mehrerer Signale durch zeitliche Segmentierung und Verschachtelung verschiedener optischer Kanäle.

 In der Regel wird die optische Impulsbreite reduziert, um mehr Kanäle innerhalb der festen Taktperiode unterzubringen. Diese Verringerung der Impulsbreite kann auch das Übersprechen zwischen den Kanälen aufgrund der erhöhten Bitratenkapazität minimieren. Eine kürzere Pulsbreite kann jedoch zu einer erheblichen Dispersion führen, wenn das Signal über längere Strecken übertragen wird. Um diesem Dispersionseffekt bei OTDM entgegenzuwirken, werden Techniken wie transformationsbegrenzte Impulse und die Kompensation der Dispersionssteigung eingesetzt, um Dispersionsprobleme zu mildern und die Signalqualität zu optimieren.

Space Division Multiplexing (SDM)

Raummultiplexverfahren (SDM) ist eine Technologie, die die räumlichen Dimensionen nutzt, um mehrere Datenströme gleichzeitig über parallele räumliche Kanäle zu übertragen. Diese Methode wird häufig in Systemen wie Multi-Input-Multi-Output (MIMO) eingesetzt, bei denen sowohl auf der Sende- als auch auf der Empfangsseite mehrere Antennen verwendet werden. Die MIMO-Signalverarbeitung wird bereits in großem Umfang in kohärenten optischen Übertragungssystemen eingesetzt, insbesondere beim Polarization Division Multiplexing (PDM) über Standard-Singlemode-Fasern.

Durch die Umsetzung von Strategien, die Multikern- und Multimode-Fasern beinhalten, kann SDM die Übertragung über große Entfernungen und Hochgeschwindigkeitsdatenraten ermöglichen. Das Aufkommen der SDM-Technologie bietet eine neue Möglichkeit, die Kapazität von optischen Kabelübertragungssystemen zu erhöhen. In den letzten Jahren haben Forscher die Integration von SDM in optische Unterseekabel erforscht, um die Übertragungskapazität zu erhöhen.

Fazit

Abschließend wurden in diesem Artikel drei wichtige Multiplexing-Technologien für die optische Kommunikation erörtert: Wellenlängenmultiplexing (WDM), Zeitmultiplexing (TDM) und Raummultiplexing (SDM). Diese Technologien sind für eine effiziente Datenübertragung unerlässlich. Der folgende kurze Vergleich kann Ihnen helfen, den Unterschied zwischen den verschiedenen Multiplexing-Technologien zu verstehen!

Das Wellenlängenmultiplexing (WDM) ist die am häufigsten verwendete Multiplextechnik in der optischen Kommunikation. Jede dieser Techniken hat ihre eigenen Stärken und Grenzen. Daher wird oft empfohlen, mehrere Techniken in Glasfasernetzen zu kombinieren, um eine optimale Übertragungsleistung zu erreichen.