Wavelength Division Multiplexing
Alle WDM-Varianten im Portrait
Internet-Anschlüsse über Glasfaser sind besonders schnell und zukunftssicher. Für die Übertragung der Daten innerhalb der Glasfaserkabel gibt es aber eine Vielzahl von technischen Ansätzen. Zum Beispiel CWDM, SWDM und DWDM. Hier erfahren Sie, worin die Unterschiede liegen und welche Verfahren für welches Szenario optimal sind.
Was ist Wavelength-Division-Multiplexing?
Zur Datenübertragung mittels Glasfaser wird nicht einfach nur weißes Licht wie mit einer Taschenlampe von A nach B übertragen. Die Technik ist heute weit komplexer. Um mehr Daten pro Zeiteinheit über eine Faser übermitteln zu können, werden gleichzeitig mehrere Lichtsignale mit unterschiedlicher Wellenlänge (Farben) auf den Weg geschickt. Mit anderen Worten: Es lassen sich gleich mehrere Lichtsignale parallel senden. Je nach gewählter Wellenlänge erhält man auch unterschiedliche physikalische Eigenschaften – Stichwort "optische Fenster" bzw. optische Bänder.
Jede Datenverbindung erhält dabei eine eigene Wellenlänge, wie z. B. 1550 Nanometer (nm). Das ist vergleichbar mit einer eigenen Funkfrequenz beim Mobilfunk. Die Kombination bzw. Bündelung mehrerer Wellenlängen bei der Datenübertragung wird als Multiplexing bezeichnet. Am Ziel wird dann über einen speziellen Demultiplexer das Signal wieder in einzelne Wellenlängen gesplittet.
Vorteile der Wavelength-Division-Multiplexing Technik
Durch das Verfahren können deutlich höhere Datenraten auf einer einzigen Glasfaser erzielt werden als ganz ohne Bündelung. Per WDM lassen sich beispielsweise auf 40 Kanälen (also 40 Wellenlängen gleichzeitig) gut 4 Terabit/s erzielen. Ohne Multiplexing wäre man dagegen "nur" auf ca. 100 GBit/s beschränkt. Das ist auch viel, aber in diesem Beispiel um den Faktor 40 langsamer. Die Effizienz fällt demnach ohne Multiplexing deutlich geringer aus, da nur eine Verbindung pro GF möglich ist. Eine Skalierung wäre dann nur mit zusätzlichen Fasern möglich.
Mit Wavelength Division Multiplexing (WDM) lässt sich also die Kapazität eines Glasfaserleiters deutlich verbessern!
Dank Wavelength Division Multiplexing ist man also in der Lage, mehr Daten kostengünstiger zu übertragen. Auch die Skalierbarkeit fällt ungleich besser aus. WDM findet vor allem Anwendung bei hochperformanten Backbone-Netzen der Glasfaser-Anbieter, beim Netzausbau (Langstreckenverbindungen), in Rechenzentren und bei Metro- bzw. Campus-Netzen.
Varianten bei Wavelength-Division-Multiplexing
Es gibt wohlgemerkt nicht nur ein WDM-Verfahren, sondern gleich eine Vielzahl von Ansätzen, die sich in einigen Kriterien unterscheiden. Die zwei Hauptversionen bilden das „Coarse WDM“ und „Dense WDM“. Coarse WDM setzt auf nur wenige Kanäle mit relativ großen Abständen (z. B. 20 nm). Dieses Verfahren ist weniger komplex und damit günstiger. Auf Bssis von CWDM lassen sich daher auch bis 80 Kilometer überbrücken.
Beim "Dense WDM" werden, wie der Name schon sagt, mehr Kanäle (bis 80) dichter gepackt. Der Abstand im Spektrum zwischen den Kanälen beträgt teilweise kaum 1 Nanometer! Damit schnellt die mögliche Datenrate deutlich nach oben, allerdings steigt auch die Komplexität. DWDM ist somit teurer, kann aber mit Verstärkern über 100 km reichen.
Shortwave Wavelength Division Multiplexing (SWDM)
Beim SWDM handelt es sich um eine weitere Multiplexing-Form. Auch hier deutet bereits der Name an, wo der Unterschied liegt. Im Gegensatz zu den schon vorgestellten klassischen WDM-Typen wie DWDM kommen sehr kurzwellige Lichtbereiche („shortwave“) um die 850 bis 950 Nanometer zum Einsatz. Ansonsten sind es ca. 1300 bis 1600 nm.
SWDM wird auf Multimode-Fasern (OM4/OM5) angewendet. Ziel ist es, höhere Datenraten auf einer Faser zu erzielen, ohne neue Glasfasern verwenden zu müssen. Oder anders ausgedrückt: bestehende Strukturen (Multimodefaser) besser ausreizen.
In der Praxis sind 4 Kanäle mit 850, 880, 910 und 940 nm typisch. Allerdings ist die Reichweite bei Short-Wave Wavelength Division Multiplexing sehr gering. Statt mehrere Kilometer, sind gerade einmal 100 bis 150 Meter das Limit. Daher findet SWDM vor allem in Rechenzentren Anwendung.
CWDM und DWDM sind für Single-Mode-Fasern und zur Überbrückung großer Distanzen, wie beim Netzausbau, konzipiert. SWDM hingegen ist optimal bei kleinen Wegen innerhalb von Immobilien bzw. Rechenzentren.
| Vergleich der Varianten |
CWDM | DWDM | SWDM |
|---|---|---|---|
| Bedeutung | Coarse Wavelength Division Multiplexing | Dense Wavelength Division Multiplexing | Shortwave Wavelength Division Multiplexing |
| Wellenlängenbereich | 1270–1610 nm | meist 1525–1565 nm (C-Band) |
850–950 nm |
| Kanäle | bis zu 18 | 40–80 (theoretisch mehr) |
4 |
| Abstand zw. Kanälen | 20 nm | 0,8–1,6 nm | ca. 30 nm |
| Fasertyp | Singlemode | Singlemode | Multimode (OM3/OM4/OM5) |
| mögliche Distanzen | ~80 km (ohne Verstärker) | ~ 1000+ km (mit Verstärker) |
~100 - 150 m |
| Verwendung | Metro-, Campus-, Zugangsnetze |
Backbone, Langstrecke, Carrier |
Rechenzentren (Kurzstrecken) |
| Kosten | mittel | hoch (komplex, teuer) |
niedrig bis mittel (kosteneffizient) |
Welche Rolle spielt WDM für Verbraucher?
Die Technik betrifft Endkunden nur indirekt. Zuhause bei der lokalen Heimtechnik, also z.B. vom HÜP zum Glasfaser-Router oder zur internen Verteilung im Haus per LWL-Kabel (meist Singlemode OS2), spielt Wavelength Division Multiplexing keine Rolle. Die Verbindung erfolgt über einzelnen Wellenlängen in jede Richtung. In der Regel Simplex-LWL mit SC/APC oder LC/APC-Stecker.
Indirekt profitieren Verbraucher dennoch, da beim Glasfaser-Netzausbau zum Einsatz kommt mit den genannten Vorteilen.
weitere WDM-Typen oder verwandte Techniken
Bei den genannten Verfahren ist aber noch längst nicht Schluss. Weitere wichtige verfahren sind das LAN-WDM und MWDM. Zudem existieren noch Hybride Ansätze wie TWDM.
Local Area Network WDM:
Kurz LAN-WDM oder LWDM. Hierbei handelt es sich um eine kompaktere DWDM-Variante, die für den Einsatz zu kurzen Distanzen optimiert wurde. Daher auch der Zusatz „LAN“ für lokale Netzwerke. LWDM wird vor allem hin Highspeed-Transceivern eingesetzt bei Wellenlängen um 1270-1330. Der Kanalabstand beträgt nur ca. 4 nm. Also ähnlich kompakt wie bei DWDM, nur in einem schmaleren Spektralbereich. Typische Anwendung: 100G- oder 400G-Module, wie z.B. QSFP28 oder QSFP-DD.
Die Kurzform lautet hier TWDM. Hier handelt es sich um eine Hybridform, bei der WDM und Time Division Multiplexing zum Einsatz kommen. Die Signale werden also bezüglich Wellenlänge und zeitversetzt getrennt übertragen. So können Internetprovider Daten für mehrere Internetnutzer gleichzeitig über die Faser auf verschiedenen Wellenlängen und in verschiedenen Zeitslots übertragen. TWDM kommt z. B. bei modernsten Next-Gen-PON2-Netzen zum Einsatz und dürfte in Zukunft stark an Bedeutung gewinnen. Definiert ist das Ganze von der ITU-T in den G.989.x-Standards.
Metro WDM (MWDM)
Das hat natürlich nichts mit der U-Bahn zu tun, sondern wird vorrangig für die Anbindung von 5G-Mobilfunkmasten verwendet. Es bietet dank schmaler Kanalabstände Platz für mehr Kanäle im Vergleich zu CWDM, ist aber gleichzeitig günstiger als DWDM. Das Verfahren wird auch zur Anbindung von Stadtnetzen eingesetzt – vor allem zwischen Accessknoten und Metro- bzw. Core-Routern.
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