Neue und kommende Übertragungsprotokolle und die resultierenden Anforderungen an die LWL-...

Neue und kommende Übertragungsprotokolle und die resultierenden Anforderungen an die LWL-

Verkabelung

3 Corning Cable System S&M PN EU & Int’l Marketing Enterprise SolutionsCorning restricted

Die Ethernet (R)evolution

1

10

100

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10000

1985 1995 1998 2002

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Mb/

s)

Fast Ethernet100 Mb/sEthernet

10 Mb/s

Gigabit Ethernet1000 Mb/s

10 Gigabit Ethernet

10 Gb/s

Der Bedarf an Bandbreite in lokalen Netzen wächst immer schneller


Die Ethernet und Fast Ethernet Evolution

Ursprung: ALOHA-Netzwerk der Universität von Hawaii in 1968Ab 1975 durch Xerox weiterentwickelt (2,94 Mbit/s)

Ethernet 10 Mbit/s: • 1980: Ethernet Norm von Xerox, DEC und Intel (10Mbit/s)• 1983: 10BASE-5 fertiggestellt• 1984: Erweiterung auf 10BASE-2• 1985: Erste Ethernet Norm der IEEE 802.3 auf Koaxkabel

(Manchester-Kodierung)• 1991: Erweiterung auf 10BASE-F über LWL• 1992: Erweiterung auf 10BASE-T für symmetrische Leitungen

Fast Ethernet 100 Mbit/s (IEEE 802.3u):• 1995: 100BASE-T (MLT-3 Kodierung)


Gigabit Ethernet 1000 Mbit/s (IEEE 802.3z)

• 1998: 1000BASE-CX (Twinax 150 Ohm - im Markt nicht durchgesetzt, da max. Distanz nur 25 m)

• 1998: 1000BASE-SX (Mehrmoden-LWL mit short wavelength laser 850 nm)

• 1998: 1000BASE-LX (Einmoden-LWL mit long wavelength laser 1310 nm)

• 1999: 1000BASE-T (IEEE 802.3ab; PAM5 Kodierung; Twisted pair Kat.5e Verkabelung; Vollduplex bidirektional über 4 Paare)

• 2000: 1000BASE-TX (ANSI TIA/EIA); Twisted pair Kat.6 Verkabelung; Halbduplex (über je 2 Paare Senden und Empfangen)


10Gigabit Ethernet 10Gbit/s (IEEE 802.3ae)

• 2000: 10GBASE-... 4 PMDs wurden vorgeschlagen:

1550 nm seriell (10GBASE-ER/EW) = Einmodenfaser1310 nm seriell (10GBASE-LR/LW) = Einmodenfaser1310 nm CWDM (10GBASE-LX4) = Ein- oder Mehrmodenfaser850 nm seriell (10GBASE-SR/SW) = Mehrmodenfaser (VCSEL)

Legende:

PMD = Physical Medium Device = Physikalisches Medium / 10GBASE-xyz mit:

x: S (Short wavelength 850 nm) y: W (WAN mit Sonet STM-192 Kodierung) L (Long wavelength 1310 nm) R (LAN seriell & 64B / 66B Kodierung)E (Extra long wavelength 1550 nm) X (LAN mit CWDM = coarse wavelength

division multiplexing & 8B / 10B Kodierung)z: # (Anzahl der Kanäle bei CWDM)


Anforderungen für GbE und 10GbE über LWL

• Existierende (z.B.: Gigabit Ethernet) und zukünftige Übertragungs-standards (z.B.: 10GbE) erfordern Datenraten >> 622 Mbps

• LEDs können bauartbedingt nicht als Sender für deutlich höhere Datenraten als 622 Mbps verwendet werden

• Die Verwendung von alternativen Sendern ist daher zwingend erforderlich


Übersicht Arten von Sendequellen

LED• Nicht für hohe Datenraten geeignet (z.B. GbE)

Laser, z.B Fabry Perot oder DFB Laser• Geeignet für Gigabit Ethernet, aktive

Komponenten jedoch für LAN Anwendungen sehr kostenintensiv

VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser)• Ermöglicht kostengünstige aktive Komponenten • Versionen für sehr hohe Datenraten erhältlich

(>10 Gigabit/s)• Geringe Einkoppelverluste bei hoher

Sendeleistung und damit größeren Distanzen

LED

Laser

VCSEL


Unterschiede zwischen LED und Lasereinkopplung

LED Einkopplung• Hunderte Moden, große modale

Dispersion• Leistung im gesamten Kern und darüber

hinaus verteilt (Vollanregung; OFL = over filled launch)

Laser Einkopplung• Wenige Moden, hohe Leistung, geringe

modale Dispersion• Geringer Einkoppelverlust• Leistung nur im Zentrum des Faserkerns


LED und LasereinkopplungBedeutung des Brechzahlprofils im Faserkernzentrum

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Breites OFL Nahfeld (LED) Schmales VCSEL Nahfeld

Bedeutung für Brechzahlprofilverlauf im Faserkernzentrum: :

gegen 0 gravierend

da der Anteil vom Gesamt-signal im Faserkern-

zentrum:

sehr klein sehr groß

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

20 30 40 50 60 70 80 90

Overfilled Nearfield of a 62.5um fiber


Warum laseroptimierte Fasern?

Brechzahlprofil mit Centerline Dip

Brechzahlprofil einer laser-optimierten Faser ohne Störungen

Mehrmodenfaser

Faserkern mit 50 oder 62,5 µm Durchmesser

Mantelglas mit 125 µm Durchmesser

Konventionelle Mehrmoden-fasern weisen in Ihrem Faser-kernzentrum häufig Störungen auf:• Centerline Dip

(Einbruch im Brechzahlprofil)• Abflachungen (flat tops)• Spitzen (peaks)

Diese Störungen führen zur Verformung des Übertragungs-signals


Ideales Eingangssignal Verformtes Ausgangs-signal am Faserende

Quelle: Bell Labs-Messung mit konventioneller Mehrmodenfaser

Störungen im Brechzahlprofil resultieren in undefinierbarer Verformung des Übertragungssignals

Folge: • Empfänger kann einzelne Bits

nicht mehr auflösenResultat:• Erhöhte Bitfehlerrate • Reduzierung der Netto-

datenrate bzw. Übertragungs-geschwindigkeit

• Im Extremfall vollständiger Ausfall der Übertragung

Bitlänge Bitlänge

? 1 1 00 0 1 0


Motivation für Laser-optimierte Mehrmodenfasern

• In lokalen Netzen eingesetzte kostengünstige VCSEL Komponenten übertragen im 1. Fenster (also bei 850 nm) und erfordern daher Mehrmodenfasern

• Diese Mehrmodenfasern müssen auf Lasereinkopplung optimiert und spezifiziert sein

• Heute gängige Mehrmodenfasern sind für typische GbE und 10GbE Übertragungsstreckenlängen in lokalen Netzen nicht geeignet


ZusammenfassungMotivation für Laser-optimierte Mehrmodenfasern

• Neue Übertragungsstandards stellen aufgrund ihrer Übertragungsrate hohe Anforderungen an Glasfaser-Verkabelungssysteme.

• Für die Übertragung der hohen Datenraten sind LEDs nicht geeignet

• Günstige Komponenten mit 850 nm VCSEL-Transceivern (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) bieten sich an

• Im Vergleich zu SX-Transceivern sind die bisher verwendeten konventionellen 1300 nm Laserkomponenten vielfach teurer

• Die SX-Transceiver übertragen und empfangen im 1. Fenster und erfordern daher Mehrmodenfasern

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