Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 9 Lichtwellenleiter als Übertragungsmedien

Die höchste heute normierte Übertragungsleistung auf metallischen Leitern beträgt 10 Gbit/s. auf einer Distanz von maximal 100 Metern bei 10 GBASE-T, einer Ethernet-Variante. Möchte man weiter, schneller oder sicherer übertragen, bietet sich der Lichtwellenleiter an.

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Die optische Übertragungstechnologie zeichnet sich durch einige Eigenschaften aus, die für ein Netz von besonderer Bedeutung sind. Zurzeit entwickelt sich die Lichtleiter-Technologie zur generellen Übertragungstechnik der Zukunft. Offen ist lediglich die Frage, welchen Stellenwert diese Technologie auf der Gebäude-Etage und im Arbeitsplatzbereich haben wird. Im Geländebereich und bei öffentlichen Netzen ist die Lichtleitertechnologie heute ohne Konkurrenz.

Die wesentlichen Vorteile optischer Übertragungstechnik sind hohe verfügbare Bandbreite, die prinzipiell bis in den Multigigabit- bzw. in den Terabit-Bereich reicht, und geringe (annähernd frequenzunabhängige) Signaldämpfung für die Überbrückung großer Distanzen zwischen aktiven Netzkomponenten, Störsicherheit und Abhörsicherheit. Lichtwellenleiter strahlen so gut wie kein Licht an die Umgebung ab und sind lediglich mit Spezialeinrichtungen abhörbar.

Nachteilig sind allerdings etwas höheren Kosten für Verbindungen. Teilt man allerdings die Kosten durch die mögliche Datenrate, sind optische Wege sehr preiswert, Endgeräte können diese hohen Datenraten jedoch heute noch nicht nutzen. Der Aufbau eines optischen Übertragungssystems unterscheidet sich nicht wesentlich von einer konventionellen Sender-Empfänger-Anlage mit elektrischen Komponenten.

Das zu übertragende (elektrische) Signal wird zur Übertragung aufbereitet (codiert) und einem elektro-optischen Wandler zugeführt. Hierbei ändert sich die Strahlung der zugehörigen Lichtquelle zeitlich entsprechend der Signalquelle. Die generierten Lichtimpulse werden in einen Lichtwellenleiter (LWL) eingekoppelt und dort bis zu einem Strahlungsempfänger geführt, der die optischen Signale wieder in elektrische Signale umwandelt. Nach einer eventuell erforderlichen Regenerierung und Verstärkung kann das Signal vom Empfänger decodiert und ausgewertet werden.

Wunsch und Wirklichkeit

Die Wunschvorstellung einer punktförmigen Lichtquelle mit paralleler Abstrahlung einer einzigen Wellenlänge sowie ein verlustloses Ein- und Auskoppeln von Licht in bzw. aus dem Lichtwellenleiter kann allerdings technisch nicht realisiert werden.

Vielmehr erzeugen die Strahlungsquellen Lichtanteile unterschiedlicher Wellenlänge. Darüber hinaus treten Dämpfungsverluste sowohl beim Einkoppeln als auch innerhalb der Lichtwellenleiter auf. Ein wichtiger Aspekt bei optischen Systemen ist daher die Anpassung der einzelnen Komponenten aneinander.

Die Dämpfung eines Lichtwellenleiters ist wie bei allen anderen Leitern frequenzabhängig (Wellenlänge des Lichtes), in völligem Gegensatz zu anderen Leitern ist die Dämpfung über die Wellenlänge jedoch nicht linear oder irgendwie exponentiell steigend oder fallend, sondern es gibt vielmehr in Abhängigkeit vom verwendeten Material ausgeprägte Dämpfungsminima und -maxima.

Erstere sind natürlich prädestiniert für die Nachrichtenübertragung, so dass sich die Festlegung des Wellenlängenbereiches für die Übertragung danach richtet. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von so genannten Fenstern, die für die uns interessierenden Komponenten bei 850, 1.310 und 1.550 nm liegen. Damit ist also durchaus nicht jede Strahlungsquelle für ein optisches Übertragungssystem geeignet. In optischen Datenübertragungssystemen werden daher in der Regel Halbleiter-Strahlungsquellen eingesetzt, und zwar Lumineszenz- und Laserdioden.

weiter mit: Das Übertragungsmedium

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