Zertifizierung von Multimode-LWL bei 100 GBit/s
Skew-Messung für serielle WDM-Systeme
Die Forschung für die kommenden Geschwindigkeiten von 40 GBit/s und 100 GBit/s beschäftigt sich mit seriellen WDM-Sys- temen (Wavelength Division Multiplexing).für Singlemode-Glasfaserkanäle bei hoher Reichweite Ein wichtiger Parameter ist der Laufzeitunterschied, im Fachjargon Skew genannt.
Um den sich ständig ändernden und schnell wachsenden Bandbreitenanforderungen von Service-Providern und Hochleistungsrechenzentren gerecht zu werden, entwickelt das IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) zur Zeit einen neuen Standard 802.3ba, der die Datenraten der Netzwerke der nächsten Generation definieren soll. Die Ratifizierung dieses Standards für Geschwindigkeiten von 40 und 100 GBit/s auf Basis des Ethernet-Protokolls ist für 2010 geplant.
Es ist zu erwarten, dass die 100-GBit/s-Systeme etwa im Kern geswitchter Netzwerke und an den Übergabepunkten der Service-Provider für Video-on-Demand-Dienstleistungen Anwendung finden werden. 40-GBit/s-Applikationen sollen den Bereich vom Backbone-zu-Backbone-Switching bis hin zu High-Performance-Computer-Clustern für die Virtualisierung von Servern und SANs abdecken.
Das IEEE untersucht dazu Glasfaser- und Kupferlösungen, die geeignet sind, diese hohen Datenraten zu transportieren. Übertragungslösungen auf Kupferbasis sind dabei für kurze Entfernungen bis zu zehn Metern, Singlemode- und Multimode-Glasfasern für die höheren Reichweiten vorgesehen. Für Singlemode-Glasfaserkanäle mit hoher Reichweite sind serielle WDM-Systeme (Wavelength Division Multiplexing) spezifiziert.
Diese Systeme koppeln Lichtsignale mit mehreren verschiedenen diskreten Wellen- längen in die Singlemode-Glasfaser ein. Am anderen Ende - in einer Entfernung von bis zu 40 Kilometern - werden diese verschiedenen Wellenlängen über einen Demultiplexer getrennt und an die optischen Empfänger verteilt. Um eine optimale Leistung der Verbindung zu erreichen, ist es erforderlich, Modendispersion und Dämpfung der Glasfaser im Spektralbereich der Laserwellenlängen zu minimieren.
Vorgeschlagene Designansätze nutzen vier 10-GBit/s-Transmitter, jeder auf eine separate Wellenlänge eingestellt, die Informationen im Multiplex-Verfahren über eine Glasfaser übertragen, um die Datenrate von 40 GBit/s zu erzielen. Analog dazu kommen vier 25-GBit/s-Über-träger zum Einsatz, um eine auf 100 GBit/s summierte Datenrate zu erreichen.
Für Anwendungen im Kurzstreckenbereich wie zum Beispiel in Rechenzentren erwarten die Experten, dass die Hersteller Multimode-Glasfaserlösungen als kostengünstige Alternative zur Singlemode-Laser-WDM-Technik vorantreiben.
Die 100-GBit/s-Übertragungen basieren auf einer Gruppe von zehn Lasern, die Daten laufen simultan über zehn einzelne Glasfasern mit jeweils 10 GBit/s - also einem Zehntel des Verkehrs. Der Empfänger synchronisiert die Daten und führt sie wieder zum ursprünglichen Paket zusammen. Die Überträger werden dabei auf der existierenden 10GBase-S-Technik basieren und die optische Verbindung über Steckverbindersysteme mit zwölf (möglicherweise auch 24) Bündelfasern für eine Reichweite von mindestens 100 Metern umgesetzt. Das Festlegen der maximalen Reichweite durch das IEEE steht noch aus.
Um die Performance paralleler optischer Übertragung für Geschwindigkeiten von 40 und 100 GBit/s zu gewährleisten, sind bestimmte grundlegende Parameter einzubeziehen und beim Systemdesign zu berücksichtigen.
Skew
Der wichtigste dieser Parameter ist der Bitversatz oder "Skew", also die Differenz zwischen der schnellsten und der langsamsten Bitlaufzeit über parallele Kabelwege. Der Gesamtbitversatz eines Übertragungskanals hängt unter anderem von der chromatischen und der Modendispersion der Glasfasern ab, von ihren unterschiedlichen Längen und von fertigungsbedingten Abweichungen des Brechungsindexes. Wobei letztere aber auch durch verlegungsbedingten physischen Stress, also durch die auf eine Glasfaser ein- wirkende Belastung hervorgerufen werden können.
Da der Datenverkehr über parallel laufende Strecken von vier beziehungsweise zehn Glasfasern läuft, müssen die Unterschiede der Signallaufzeiten über die einzelnen Fasern auf einem Minimum gehalten werden, um sicher zu stellen, dass sich die Daten am Empfänger wieder resynchronisieren lassen. Ein größerer Bitversatz erfordert zusätzliche elektronische Kompensation, also mehr Prozessorleistung, mehr Energieverbrauch, hat eine höhere Latenz und in Summe eine reduzierte System-Performance. Die Minimierung des Skews der Glasfaserstrecke erlaubt es dem Systemdesigner, einen größeren Anteil des System-Skew-Budgets den elektronischen Komponenten zuzuweisen und damit potenziell größere Link-Längen oder höhere Übertragungsraten über vorhandene Links zu ermöglichen.
Die Panduit-Labore haben ihr hoch- auflösendes DMD-Messsystem dazu genutzt, Multimode-Bändchenfasern (Ribbon Fiber) verschiedener Hersteller zu analysieren. Anhand der dabei durchgeführten Quantifizierung der Abweichungen und der Konsistenz der Modendispersion, der chromatischen Dispersion und der Puls- verzögerung ließen sich die Skew-Werte für jede Glasfaser bestimmen und Unterschiede beim Herstellungsprozess der Fasern der unterschiedlichen Anbieter charakterisieren. Dadurch können die Techniker die Bandbreiten-Performance von Glasfasern hinsichtlich der vorgeschlagenen OM4-Spezifikation (4700 MHzkm) verifizieren und die verschiedenen OM3/OM4-Bändchenfasern für zukünftige Verwendungen als 40- und/oder 100-GBit/s-Link zertifizieren.
Zusätzlich zur Messung der Modendispersion haben die Techniker ihr DMD-Messsystem modifiziert, um die chromatische Dispersion und die Pulse-Verzögerung zu messen. Die Ergebnisse können dazu dienen, die Anteile zu identifizieren, mit dem jeder einzelne Effekt den Skew-Wert beeinflusst, einschließlich der Bestimmung des jeweiligen Haupteinflussfaktors.
Eine vollständige Diskussion zur Bit- versatzmessung und zu den Ergebnissen ist für die Oktoberausgabe der LANline geplant.
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