Allerdings hat die OOK-Technologie ihre Frequenzgrenze nahezu erreicht, weshalb neue Methoden zur Datenübertragung ohne Verlegung weiterer Glasfaserkabel benötigt werden. Hier kommt die kohärente Optik ins Spiel.
Im Gegensatz zu anderen Geräten, die die Datenfrequenz erhöhen, wie beispielsweise PAM4, ist das System für kohärente Optik mit digitalen Signalprozessoren (DSP) und elektronischer Dispersionskompensation (EDC) ausgestattet. Durch den Einsatz von DSP- und EDC-Chips kann das System für kohärente Optik Daten je nach Modulation über 1000 km übertragen.
Was ist kohärente Optik?
Durch die Modulation von Amplitude, Frequenz und Polarisation können Kapazitätsprobleme mittels kohärenter Optik gelöst werden, wodurch mehr Informationen durch dieselbe optische Faser übertragen werden können.
Vereinfacht gesagt, stellen wir uns eine Meereswelle vor, durch die Informationen übertragen werden können. In OOK-basierten Kommunikationssystemen konnten wir lediglich feststellen, ob die Welle sichtbar war oder nicht. Nehmen wir an, die Amplitude entspräche der Wellenhöhe und wir könnten diese beeinflussen. Könnten wir vier verschiedene Wellenhöhen unterscheiden, ließen sich in derselben Zeit deutlich mehr Informationen übertragen.
Stellen wir uns analog dazu vor, dass die Frequenz den Zeitpunkt bezeichnet, zu dem der Wellenkamm das Ufer erreicht, und dass dies in einem 60-Sekunden-Intervall geschieht. Durch die Anpassung dieses Parameters und die Erhöhung der Häufigkeit, mit der die Wellenkämme das Ufer erreichen, könnten wir deutlich mehr Daten senden. (Abbildung 1)
Stellen Sie sich nun vor, dieselbe Welle könnte sich nicht nur vertikal, sondern auch horizontal ausbreiten, und diese beiden Bewegungen ließen sich kombinieren: Dadurch ließe sich die doppelte Informationsmenge übertragen. (Abbildung 2) Genau das geschieht, wenn wir die Übertragung durch Amplitudenmodulation, Phasenmodulation und Polarisationsänderung verkomplizieren.
Die Kombination dieser drei Techniken führt zu einer gleichzeitigen Komplexität des Signals und erzielt eine sehr hohe Leistungsfähigkeit. Beispielsweise sind 400G-QSFP-DD-Optiken, die mit 16QAM und 64 Gbaud moduliert werden, in der Lage, 64 Milliarden Lichtwechsel pro Sekunde zu verarbeiten.
DWDM-Technologie
Die kohärente Optik hat zahlreiche neue Technologien hervorgebracht, darunter DWDM (Distributed Wide-Mode Multiplexing), das die Kapazität einer einzelnen Faser durch die Übertragung mehrerer Wellenlängen vervielfacht. DWDM multiplexiert viele Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen auf eine einzige Faser. Im Gegensatz zur ursprünglichen WDM-Technologie (Wellenlängenmultiplex) gibt es DWDM in zwei Varianten: mit festem und mit flexiblem Kanalraster. DWDM mit festem Kanalraster kann 48 Kanäle mit einem Kanalabstand von 100 GHz, 64 Kanäle mit einem Abstand von 75 GHz oder 96 Kanäle mit einem Abstand von 50 GHz verarbeiten. DWDM mit flexiblem Kanalraster hingegen hat keine feste Kanalanzahl, da der Kanalabstand dynamisch ist und jeder Kanal eine unterschiedliche Bandbreite aufweisen kann.
Die WDM-Technologie ist nicht neu, ihre Anwendung für kohärente Übertragung hingegen schon. Aktuell unterstützt nur die DWDM-Technologie sowohl OOK als auch kohärente Übertragung. Dies, zusammen mit den Verstärkungsfähigkeiten der Technologie, die ihre breite Anwendbarkeit ermöglichen, ist wahrscheinlich der Grund, warum sie die beliebteste WDM-Technologie ist.
QSFP-DD zur Kapazitätserhöhung
Die QSFP-DD-Schnittstelle (Quad Small Form Factor Pluggable Double Density) unterscheidet sich von früheren Standards durch ihre größere Länge im Vergleich zu QSFP+ und QSFP28, da sie über zusätzliche Pinreihen verfügt (Abbildung 3). Dadurch bietet QSFP-DD acht statt der bisherigen vier Datenpfade, wobei jeder Pfad eine Übertragungsrate von 56 Gbit/s aufweist. Dies ergibt eine Gesamtübertragungsrate von 400 Gbit/s für einen einzelnen Transceiver. Die Schnittstelle kann somit deutlich mehr Daten verarbeiten.
Die QSFP-DD-Technologie unterscheidet sich von ihren Vorgängern durch ihren mehr als doppelt so hohen Spitzenstromverbrauch wie QSFP28. Dadurch wird ausreichend Energie für den Betrieb eines kohärenten DSP bereitgestellt. Dies ist vorteilhaft, da Netzwerkplaner auf Transponder oder Multiplexer in ihren DWDM-Netzwerken verzichten können. Unternehmen können mit dieser Technologie bis zu 50 % der Investitionskosten und bis zu 90 % des Stromverbrauchs einsparen.
