Was ist ein optischer Transceiver?

Das optische Netzwerk spielt eine wichtige Rolle für die zuverlässige und effiziente Kommunikation in modernen Netzwerksystemen. Ein typisches Glasfasernetzwerk umfasst Glasfaserkabel, Glasfaserstecker, Medienkonverter, Wellenlängenmultiplexer (WDN) und optische Transceiver. Dieser Artikel bietet einen Einblick in optische Transceiver und behandelt deren Aufbau, Funktionsprinzipien, Funktionen, Typen und Anwendungen.

Was sind optische Transceiver?

Der optische Transceiver, auch einfach optisches Modul oder Glasfaser-Transceiver genannt, vereint Sender und Empfänger in einem einzigen Modul. Er kann Licht in elektrische Signale und umgekehrt umwandeln und ermöglicht so eine nahtlose Kommunikation über Router oder Switches. Er verfügt an einem Ende über eine elektrische Schnittstelle zur Übertragung elektrischer Signale innerhalb des Systems und am anderen Ende über eine optische Schnittstelle zum Anschluss anderer Geräte über Glasfaserkabel.

Optische Transceiver gibt es in verschiedenen Ausführungen, darunter in ein Gerät eingebettete, nicht Hot-Swap-fähige und Hot-Plug-fähige Transceiver. Sie werden häufig in FTTH-, FTTB-, drahtlosen Netzwerken, Mobilfunknetzen, SAN/NAS-Speichernetzwerken, Rechenzentren und anderen Anwendungen eingesetzt.

Der Aufbau optischer Transceiver

Optische Transceiver weisen komplexe Strukturen auf und sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich. Hier geben wir eine kurze Einführung in die grundlegenden Komponenten.

• Senderkomponente: Die lichtemittierende Komponente, bekannt als TOSA, dient zur Umwandlung elektrischer Signale in Lichtimpulse. Der Lichtkern verwendet üblicherweise Laserdioden (LDs) oder Leuchtdioden (LEDs). Heutzutage verwenden die meisten optischen Transceiver jedoch LDs, um den Stromverbrauch zu senken.
• Empfängerkomponente: Die optische Empfangskomponente (ROSA) umfasst üblicherweise einen Halbleiter-Fotodetektor, die optische Empfangsschnittstelle und die elektrische Schnittstelle. ROSA empfängt und wandelt die Lichtimpulse in elektrische Signale um. Sie kann auch einen Transimpedanzverstärker (TIA) enthalten, der das elektrische Signal in ein Spannungssignal umwandelt und das Signal verstärkt und entzerrt.
• Gehäuse: Das Gehäuse ist in verschiedenen Ausführungen erhältlich und schützt die inneren Komponenten.​
• Verriegelung: Es handelt sich um eine mechanische Komponente, die eine zuverlässige Verbindung zwischen optischen Modulen und anderen Geräten wie Routern und Switches gewährleistet. Die Verriegelung kann je nach Glasfaser-Transceiver und angeschlossenem Gerät variieren.
• Staubschutzkappe: Die Staubkappe schützt Schnittstellen und interne Komponenten vor Umweltverschmutzung und physischen Schäden.

Wie funktioniert ein optischer Transceiver?

Der optische Transceiver ist in der Glasfaserkommunikation für das Senden und Empfangen von Daten unerlässlich. Bei der elektrisch-optischen Umwandlung empfängt der optische Transceiver die elektrischen Signale von Geräten. Der mit einer Laserdiode ausgestattete Sender wandelt diese elektrischen Signale in optische Impulse um. Vor der Übertragung wird die Intensität des Laserlichts moduliert und die Daten in optische Signale kodiert. Bei der optisch-elektrischen Umwandlung werden die optischen Signale vom Fotodetektor erfasst und in elektrische Signale dekodiert.

Glasfaser-Transceiver-Typen

Glasfaser-Transceiver gibt es in verschiedenen Ausführungen. Sie können auch nach Formfaktor, Fasertyp und Wellenlänge kategorisiert werden. Wir konzentrieren uns hauptsächlich auf die folgenden drei Möglichkeiten zur Unterteilung der Glasfaser-Transceiver-Typen.

Klassifiziert nach Formfaktor

Der Formfaktor gibt die Form, Größe und Struktur eines optischen Transceivers an. Verschiedene Formfaktoren unterstützen unterschiedliche Geschwindigkeiten und Protokolle. Organisationen wie das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) und das Multisource Agreement (MSA) standardisieren die Spezifikationen für diese Formfaktoren, um die Kompatibilität und Interoperabilität optischer Transceiver sicherzustellen. Hier finden Sie eine Einführung in einige gängige optische Transceiver mit unterschiedlichen Formfaktoren.

• GBIC (Gigabit-Schnittstellenkonverter)

Der 1995 definierte GBIC (Gigabit Interface Converter) war einst weit verbreitet, unterstützte Gigabit-Geschwindigkeiten und bot Hot-Swap-Funktionalität. Aufgrund veralteter Übertragungsraten und der Größe werden GBICs jedoch nicht mehr in modernen Geräten verwendet und durch SFPs ersetzt.

• SFP (Small Form-Factor Pluggable)

Der 2001 eingeführte Small Form-Factor Pluggable (SFP) ist ein weit verbreiteter Formfaktor. Das SFP-Modul ist halb so groß wie ein GBIC-Transceiver und eignet sich ideal für Ports mit hoher Dichte. Es erreicht eine typische Geschwindigkeit von 4,25 Gbit/s und wird häufig in Gigabit-Ethernet und anderen Netzwerkanwendungen eingesetzt.

• SFP+ (Enhanced Small Form-Factor Pluggable)

SFP+ wurde erstmals 2006 veröffentlicht und verfügte im Vergleich zu STP-Transceivern über einen verbesserten Formfaktor. Basierend auf SFF-8431 unterstützt SFP+ eine Datenrate von bis zu 10 Gbit/s.

• QSFP+ (Quad Small Form-Factor Pluggable Plus)

QSFP+ wurde 2012 eingeführt und ist eine verbesserte Version des Quad Small Form Factor Pluggable-Transceivers. QSFP+ unterstützt Datenraten von bis zu 40 Gbit/s.

• CFP (C Form-Factor Pluggable)

Der 2009 veröffentlichte C Form Factor Pluggable (CFP)-Transceiver ist für 100-Gigabit-Ethernet-Systeme konzipiert. CFP-Transceiver sind größer als SFP und QSFP+ und ermöglichen die Übertragung von Hochgeschwindigkeitsdatensignalen über große Entfernungen.

Klassifiziert nach Fasertypen

Singlemode und Multimode sind die beiden grundlegenden Glasfasertypen. Optische Transceiver können ebenfalls in Singlemode- und Multimode-Typen unterteilt werden.

Singlemode-Transceiver sind für Singlemode-Glasfaserkabel konzipiert. Sie können Daten über Dutzende oder sogar über hundert Kilometer übertragen. Diese optischen Transceiver arbeiten typischerweise bei Wellenlängen von 1310 nm, 1490 nm oder 1550 nm.

Multimode-Transceiver, die mit Multimode-Glasfaserkabeln verwendet werden, können bei einer typischen Mittenwellenlänge von 850 nm betrieben werden. Die Übertragungsdistanz der meisten Multimode-Transceiver beträgt zwar nicht mehr als 550 m, sie sind jedoch die beste Wahl für eine kostengünstige Datenübertragung über kurze Distanzen.

Klassifiziert nach Wellenlängentypen

Standard-Transceiver übertragen Daten typischerweise bei drei Wellenlängen, darunter 850 nm, 1310 nm und 1550 nm. Diese optischen Transceiver nutzen nur eine Lichtwellenlänge und werden gemeinhin als Grau-Transceiver bezeichnet. Sie sind weitgehend mit verschiedenen Netzwerkumgebungen kompatibel. Basierend auf Wellenlängenmultiplexverfahren (WDM) lassen sich optische Transceiver in verschiedene Typen unterteilen, z. B. in CWDM- (Coarse Wavelength Division Multiplexing) und DWDM-Transceiver (Dense Wavelength Division Multiplexing). Diese optischen Transceiver nutzen mehrere Mittenwellenlängen des Lichts. Es handelt sich um typische Farb-Transceiver, die eine höhere Bandbreitenkapazität und längere Übertragungsdistanzen bieten. Wichtig zu beachten ist, dass sich der Begriff „Farbe“ auf die Wellenlänge und nicht auf die physikalische Farbe des Signals bezieht.

Hinweise: Aus der Modellbezeichnung eines optischen Transceivers lassen sich umfassende Spezifikationsinformationen entnehmen. Ein typisches optisches Transceiver-Modell enthält mindestens Informationen zu Formfaktor, Rate und Entfernungstyp, wie z. B. SFP-10G-SR und 1000Base-LX-SFP .

Zur Bezeichnung der Übertragungsdistanztypen werden unterschiedliche Buchstaben verwendet, beispielsweise SR (kurze Reichweite)/LR (lange Reichweite)/ER (erweiterte Reichweite) und SX (kurze Reichweite)/LX (mittlere Reichweite)/LH (lange Reichweite).

Weitere Informationen in der Benennung können Übertragungsmodi (SM für Singlemode und MM für Multimode), Mittenwellenlängen in nm (850, 1310, 1550), Übertragungsdistanz und die Anzahl der optischen Spuren sein.

Abschluss

Optische Transceiver sind kritische Komponenten in Netzwerkinfrastrukturen. Mit der Entwicklung von Glasfasernetzen und der wachsenden Nachfrage nach Hochgeschwindigkeits- und Bandbreitennetzwerken werden optische Transceiver voraussichtlich kompaktere und flexiblere Designs, höhere Datenraten, verbesserte Energieeffizienz und größere Reichweite bieten.

FAQs

Kann ich einen optischen Singlemode-Transceiver mit einem Multimode-Transceiver verbinden?

Im Allgemeinen nicht. Optische Singlemode- und Multimode-Transceiver arbeiten mit unterschiedlichen Wellenlängen und sind für Singlemode- bzw. Multimode-Glasfasern ausgelegt.

Was ist der Unterschied zwischen optischen Transceivern und Medienkonvertern?

Trotz ähnlicher Funktionen spielen optische Transceiver und Medienkonverter unterschiedliche Rollen. Optische Transceiver sind auf Glasfaserverbindungen spezialisiert und wandeln optische Signale in elektrische Signale und umgekehrt um. Medienkonverter überbrücken die Lücke zwischen verschiedenen Medientypen wie Kupfer- und Glasfaserkabeln und erweitern so die Netzwerkreichweite.

Kann ich den optischen Transceiver reinigen?

Ja, wenn optische Transceiver verunreinigt sind, können Sie sie mit fusselfreien Wattestäbchen, einer optischen Reinigungslösung und sauberer, trockener Luft reinigen.

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