Wir leben in einer Web-Scale-Welt. On-Demand-Inhalte, bandbreitenintensive Anwendungen, Video-Streaming mit hoher Auflösung und neue, Cloud-basierte IT-Anwendungen führen zu massiver Skalierung und unplanbarem Datenverkehrsaufkommen. Die Netzkapazität steigt jedes Jahr um 25 bis 50 %, und Systeme mit 10 Gbit/s können mit dieser Skalierungsgeschwindigkeit nicht mithalten.

Kohärente Optik löst die Kapazitätsprobleme vieler Netzanbieter. Sie verwendet die typischen Einsen und Nullen von digitalen Signalen (das Ein- und Ausschalten des Lichts in der Glasfaser) sowie modernste Technologie, um die Amplitude und Phase des Lichts zu modulieren und das Signal über zwei Polarisierungen zu übermitteln. So werden beträchtlich mehr Informationen mithilfe des über das Glasfaserkabel übertragenen Lichts vermittelt.

Coherent optics provides the performance and flexibility to transport significantly more information on the same fiber.

Die kohärente optische Technologie bildet die Grundlage für die Entwicklung von Übertragungsgeschwindigkeiten von 100G und mehr sowie für die Übermittlung von Daten im Terabit-Bereich über ein einzelnes Glasfaserpaar. Digitale Signalprozessoren (DSP) kompensieren die chromatische und Polarisationsmodendispersion (CD und PMD), um über alte und neue Glasfasern eine stabile Leistung zu ermöglichen, sodass Dispersion-Slope-Kompensationsmodule für die photonische Leitung überflüssig werden. Kohärente Optik ermöglicht größere Flexibilität und Programmierbarkeit, da sie verschiedene Baudraten und Modulationsformate unterstützt. Somit wird auch die Flexibilität von Leitungsraten mit einer Skalierbarkeit von 100G, 400G und mehr pro einzelnem Signalträger und damit auch der Datendurchsatz zu geringen Kosten pro Bit gesteigert.

Erweiterte kohärente optische Technologie hat mehrere wichtige Vorteile; dazu zählen:

  • Forward Error Correction (FEC) mit hoher Verstärkung und Soft-Decision für eine deutliche Erhöhung der Signalreichweite mit weniger Regenerationspunkten. Dies ermöglicht größere Margen und somit höhere Bitratensignale zur Übertragung über weitere Distanzen. Die Folge sind einfachere photonische Leitungen, weniger Ausrüstung, geringere Kosten und eine beträchtlich gesteigerte Bandbreite. 

  • Spektrale Formung für höhere Kapazitäten über kaskadierte Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer (ROADMs), die in einer besseren spektralen Effizienz für Super-Channels resultieren. Die spektrale Formung ist in Systemen mit flexiblen Grids von hoher Bedeutung, da sie durch eine engere Bündelung der Trägersignale die Kapazität maximiert. 

  • Programmierbarkeit zur Anpassung der Technologie an verschiedene Netze und Anwendungen. Eine Karte kann mehrere Modulationsformate und/oder verschiedene Baudraten unterstützen, sodass Betreiber aus verschiedenen Leitungsraten wählen können. Vollständig programmierbare kohärente Transceiver bieten eine Vielzahl an Einstellmöglichkeiten für die Feinabstimmung zwischen Kapazitäten, damit Netzbetreiber die komplette verfügbare Kapazität ausschöpfen und die zusätzlichen Margen für umsatzrelevante Services nutzen können. 

  • Starke Verringerung der Dispersion für bessere optische Leistung bei höheren Bitraten. Kohärente Prozessoren müssen nach der Übermittlung des Signals über die Glasfaser Dispersionseffekte berücksichtigen, indem sie beispielsweise CD und PMD kompensieren. Die erweiterten digitalen Signalprozessoren der kohärenten Optik vereinfachen die Berücksichtigung der Dispersion und die Budgetierung für PMD durch die Abmilderung dieser Effekte. Zudem verbessern kohärente Prozessoren die Toleranzen für PDL (Polarization-Dependent Loss) und müssen den SOP (State of Polarization) schnell erfassen, um Bitfehler aufgrund von Cycle Slips zu verhindern, welche die optische Leistung beeinträchtigen würden. Daher können Betreiber Leitungsraten von bis zu 400G pro Trägersignal über längere Strecken als je zuvor bereitstellen. Signale mit hoher Bitrate können sogar auf alten Glasfasern bereitgestellt werden, die zuvor nicht einmal 10G unterstützten.  

Ciena war 2008 einer der Vorreiter bei kohärenter Optik und lotet mit den WaveLogic-Plattformen für kohärente Technologien nach wie vor die technologischen Grenzen aus. Lösungen auf Basis von WaveLogic 3 bilden heute die Grundlage für Hunderte von Netzen und ermöglichen höhere Glasfaserkapazitäten über 150G- und 200G-Wellenlängen, die mit Standardabständen von 50 GHz auskommen und so die Leitungskapazität und Spektraleffizienz verdoppeln können. Das kürzlich vorgestellte WaveLogic Ai ermöglicht eine bisher ungeahnte Automatisierung und Intelligenz. Betreiber erhalten Zugriff auf Echtzeit-Verbindungsüberwachung und die Feinabstimmung von Kapazitäten in 50G-Stufen von 100G bis 400G. WaveLogic Ai basiert auf der branchenführenden Leistung der Vorgängerlösungen, bietet aber die doppelte Kapazität pro Kanal mit Single-Carrier-400G, die dreifache Entfernung bei gleicher Kapazität und die vierfache Servicedichte bei der Hälfte des Energieverbrauchs.

Web-Scale-Anwendungen mit hoher Bandbreite bedeuten für Netzbetreiber sowohl eine Herausforderung als auch eine Chance. Lösungen für kohärente Optik – wie die von Ciena – sorgen für ein neues Maß an Automatisierung, Intelligenz und Skalierbarkeit, mit dem Betreiber ihre Unternehmensziele in der neuen Web-Scale-Welt erfüllen oder gar übertreffen können.