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Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft allgemein optische Übertragungsnetzwerke und insbesondere
eine neue Architektur für
optische Übertragungsnetzwerke,
bei der im Vergleich zum derzeit Bekannten beziehungsweise heutzutage
Eingesetzten kostengünstige
hochkompakte OEO-REGEN-Module (OEO = optical-electrical-optical,
optisch-elektrisch-optisch; REGEN = regeneration, Aufbereitung)
und entsprechende Endgeräte
zum Einsatz kommen.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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In
der vorliegenden Beschreibung sowie in der Zeichnung haben die nachfolgenden
Abkürzungen – ausgenommen
in eigens bezeichneten Fällen – die nachfolgenden
Bedeutungen.
- 1R
- Nachverstärkung des
Informationssignals
- 2R
- optische Signalaufbereitung
umfassend eine Signalnachformung wie auch eine Aufbereitung oder
Nachverstärkung
des Signals
- 3R
- optische Signalaufbereitung
umfassend eine Signalnachtaktung wie auch eine Signalnachformung
sowie eine Aufbereitung oder Nachverstärkung des Signals
- 4R
- beliebige über die
3R-Verarbeitung hinausgehende elektronische Bearbeitung zum Zwecke
einer Berichtigung übertragungsbedingter Beeinträchtigungen,
so beispielsweise unter anderem eine FEC-Verschlüsselung, eine FEC-Entschlüsselung
und eine FEC-Neuverschlüsselung
- A/D
- Hinzunahme/Herausnahme
(Add/Drop)
- APD
- Avalanche-Fotodiode
(Avalanche Photodiode)
- AWG
- feldartiges Wellenlängengitter
(Arrayed Waveguide Grating)
- BER
- Bitfehlerrate (Bit
Error Rate)
- CD
- chromatische Dispersion
(Chromatic Dispersion)
- CDWM
- kaskadierter dielektrischer
Wellenlängenmultiplexer
oder Demultiplexer (Cascaded Dielectric Wavelength Multiplexer or
Demultiplexer)
- CWDM
- grobe Wellenlängenteilungsmultipexierung
(Coarse Wavelength Division Multiplexing): Übertragung von Daten auf mehr
als einer Wellenlänge
in einer gegebenen Richtung auf einem Gitter mit einem Abstand größer 200
GHz
- DBR
- verteilter Bragg-Reflektor-Laser
(Distributed Bragg Reflektor Laser)
- EDFAs
- erbiumdotierte Faserverstärker (Erbium
Doped Fiber Amplifiers)
- DAWN
- digital verstärktes Wellenlängennetzwerk
(Digitaly Amplified Wavelength Network)
- DCE
- Dispersionsausgleichselemente
(Dispersion Compensating Elements) hinsichtlich CD, so beispielweise
DCFs, dispersionsbasierte Solitonen, Frequenzführungsfilterung, gechirpte
Faser-Bragg-Gitter, oder ein Dispersionsgefälleausgleich, oder hinsichtlich
PMD, so beispielsweise durch eine Ausgestaltung der optischen Vorrichtung
derart, dass eine Polarisationsunempfindlichkeit erreicht wird,
oder durch eine optische Entzerrungsschaltung, damit eine verzerrte
optische Signalpolarisationsübertragung
erfolgen kann
- DCF
- Dispersionsausgleichsfaser
(Dispersion Compensating Fiber)
- DEMUX
- Demultiplexer (Demultiplexer)
- DFB
- verteilter Rückkopplungslaser
(Distributed Feedback Laser)
- DCF
- Dispersionsausgleichsfaser
(Dispersion Compensating Fiber)
- OEO-REGEN (digital)
- OEO-REGEN-Anordnung,
umfassend eine vollständige
digitale Ver arbeitung der Kanalsignale einschließlich ihrer
Aufbereitung in einem digitalen optischen Netzwerk ohne Einsatz
oder Notwendigkeit analoger optischer Komponenten einschließlich optischer
Faserverstärker
- DM
- Direktmodulation (Direct
Modulation)
- DON
- Digitales optisches
Netzwerk (Digital Optical Network) gemäß Definition und Offenbarung
in der vorliegenden Druckschrift
- DWDM
- dichte Wellenlängenteilungsmultipexierung
(Dense Wavelength Division Multiplexing): Übertragung von Daten auf mehr
als einer Wellenlänge
in einer gegebenen Richtung auf einem Gitter mit einem Abstand kleiner
oder gleich 200 GHz
- EDFA
- erbiumdotierter Faserverstärker (Erbium
Doped Fiber Amplifier)
- EML
- Elektroabsorptionsmodulator
oder Laser (Electro-absorption Modulator or Laser)
- EO
- Signalumwandlung von
elektrisch nach optisch, das heißt von elektrischer Form in
optische Form (Electrical to Optical Signal Conversion)
- FEC
- Vorwärtsfehlerberichtigung
(Forward Error Correction)
- GVD
- Gruppengeschwindigkeitsdispersion
einschließlich
CD und/oder PMD (Group Velocity Dispersion)
- ITU
- Internationale Telekommunikationsunion
(International Telecommunication Union)
- MMI
- Multimodeninterferenzkombinierer
(Multimode Interference Combiner)
- modulierte Quellen:
EMLs und SMLs
- Kombinationen von
Lasern und äußeren Modulatoren
oder DM-Lasern
- LR
- große Reichweite
(Long Reach)
- MZM
- Mach-Zehnder-Modulator
(Mach-Zehnder Modulator)
- MUX
- Multiplexer (Multiplexer)
- NE
- Netzwerkelement (Network
Element)
- NF
- Rauschzahl (Noise
Figure): Verhältnis
des Ausgangs-OSNR-Wertes zum Eingangs-OSNR-Wert
- OADM
- optischer Add/Drop-Multiplexer
(Optical Add Drop Multiplexer)
- OE
- Signalumwandlung von
optisch nach elektrisch, das heißt von optischer Form in elektrische
Form (Optical to Electrical Signal Conversion)
- OEO
- Signalumwandlung von
optisch nach elektrisch und anschließend wieder nach optisch, das
heißt
eine optische Größe wird
in eine elektrische Größe mit anschließender elektrischer
Signalaufbereitung umgewandelt, woraufhin die elektrische Größe wieder
in eine optische Größe umgewandelt
wird (Optical to Electrical to Optical Signal Conversion). Der Vorgang
wird bisweilen auch als SONET-Aufbereitung bezeichnet.
- OEO-REGEN
- Das Kürzel „OEO-Signal-REGEN" bezeichnet eine
OEO-Umwandlung, wobei eine Aufbereitung des in elektrischer Form
vorliegenden Signals zwischen Umwandlungen in die optische Form
vorgenommen wird. SONET-Aufbereitungen sind ein Beispiel für OEO-REGEN-Anordnungen,
wobei man jedoch nicht hierauf beschränkt ist.
- OO
- dämpfungsbedingte optisch-optische
Nachverstärkung
des Signals (Optical-Optical); EDFAs bewirken dies in gängigen WDM-Systemen
- OOO
- Umwandlung des Signals
von optisch nach optisch und anschließend wieder nach optisch, das
heißt
Empfang in optischer Form, Verarbeitung in optischer Form und Übertragung
in optischer Form ohne Umwandlung des Signals in elektrische Form
(Optical to Optical to Optical Signal Conversion)
- OOO-REGEN
- OOO-Signalaufbereitung
mittels rein optischer Aufbereitung
- OSNR
- optisches Signal-Rausch-Verhältnis (Optical
Signal to Noise Ratio)
- PIC
- photonische integrierte
Schaltung (photonic integrated circuit)
- PIN
- p-i-n-Halbleiterfotodiode
(p-i-n semiconductor photodiode)
- PMD
- Polarisationsmodusdispersion
(Polarization Mode Dispersion)
- REGEN
- optische Signalaufbereitung
oder Aufbereitungseinrichtung für
eine Signalverarbeitung, die elektronisch, optisch oder elektronisch
und optisch vorgenommen wird, bedingt durch optische Signalverschlechterung
oder Verzerrung primär
während
der Ausbreitung des optischen Signals aufgrund der Natur und Güte des Signals
selbst oder bedingt durch optische Beeinträchtigungen im Zusammenhang mit
dem optischen Transportmittel
- Rx
- Empfänger, hier
im Zusammenhang mit optischen Kanalempfängern (Receiver)
- RxPIC
- empfängerseitige
photonische integrierte Schaltung (Receiver Photonic Integrated
Circuit)
- SDH
- synchrone Digitalhierarchie
(Synchronous Digital Hierarchy)
- SDM
- Raumteilungsmultiplexieren
(Space Division Multiplexing)
- Signalaufbereitung
- Kann auch als Signalverjüngung (signal
rejuvenation) bezeichnet wer den; Umfasst sind 1R, 2R, 3R oder 4R
und allgemeiner A/D-Signalverarbeitung,
Switching, Routing, Grooming, Wellenlängenumwandlung gemäß Beschreibung
beispielsweise in dem Buch „Optical Networks" von Rajiv Ramaswami
und Kumar N. Sivarajan, zweite Auflage, Morgan Kaufmann Publishers,
2002
- SOA
- optischer Halbleiterverstärker (Semiconductor
Optical Amplifier)
- SONET
- synchrones optisches
Netzwerk (Synchronous Optical Network)
- SR
- geringe Reichweite
(Short Reach)
- TDM
- Zeitteilungsmultiplexieren
(Time Division Multiplexing)
- Tx
- Sender beziehungsweise Übertrager,
hier im Zusammenhang mit optischen Kanalsendern (Transmitter)
- TxPIC
- senderseitige photonische
integrierte Schaltung (Transmitter Photonic Integrated Circuit)
- VOA
- veränderlicher
optischer Dämpfer
(Variable Optical Attenuator)
- VMPD
- geschwindigkeitsangepasster
verteilter Fotodetektor (Velocity-Matched Distributed Photodetector)
- WDM
- Wellenlängenteilungsmultipexierung
(Wavelength Division Multiplexing): Übertragung von Daten auf mehr
als einer Wellenlänge
in einer gegebenen Richtung
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Im
Bereich optischer Übertragungsnetzwerke
hat es in den vergangenen zehn Jahren beträchtliche Änderungen gegeben. Vor mehr
als zehn Jahren wurden die meisten Ferndatenübertragungen im Allgemeinen mittels
der Übertragung
elektrischer Größen abgewickelt,
so beispielsweise über
Drahtkabel, die jedoch bandbreitenbeschränkt sind. Telekommunikationsdiensteanbieter
beziehungsweise Provider sehen sich seit etwa 1990 mit der Tatsache
konfrontiert, dass sie im Vergleich zu den herkömmlichen elektrischen beziehungsweise elektronischen Übertragungsnetzwerken
insbesondere mit Blick auf die Bandbreite erheblich höhere Informations-
oder Datenübertragungskapazitäten bereitstellen
müssen.
Mit dem Auftauchen des Internets sind die Anforderungen an die Kapazitäten nochmals
beträchtlich
angestiegen, wobei man davon ausgeht, dass das Internet mit Blick
auf den Verkehr im Vergleich zur Übertragung elektrischer Größen einen
Anstieg um einen Faktor von etwa 6 oder mehr mit sich brachte. Die
Nachfrage nach Informationssignalkapazitäten steigt Jahr für Jahr dramatisch.
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Vor
dem Jahre 1994 eingesetzte optische Übertragungsnetzwerke beruhten
auf der TDM-Technik (Teilung im Zeitmultiplex) oder der SDM-Technik
(Teilung im Raummultiplex), wobei optische Datensignale auf einer
Wellenlänge
oder einer weiteren Wellenlänge
jeweils in einer einzelnen Faser in entgegengesetzten Richtungen,
so beispielsweise bei 1300 nm in der einen Richtung und bei 1500
nm in der anderen Richtung, übertragen
wurden. Diese Art von Netzwerk 10 ist in 1 dargestellt.
Gemäß 1 wird
beispielsweise das in optischer Form zu sendende Informationssignal
an dem Endgerät 12 elektronisch über eine
Linecard-Einrichtung 14 empfangen und für eine Übertragung auf einer optischen
Faserverbindungsstrecke über
ein optisches Modul 12A entweder mittels einer Direktmodulation
eines diskreten Halbleiterlasers, so beispielsweise eines DFB-Lasers,
oder mittels einer äußeren Modulation
unter Verwendung eines optischen Modulators, so beispielsweise eines
diskreten Mach-Zehnder-Modulators (MZM), der Licht von einem diskreten
CW-betriebenen DFB- oder DBR-Laser empfängt, umgewandelt. Das optische
Modul 12 kann ebenfalls einen optischen Signalempfänger für Kanalsignale
enthalten, die sich von dem Endgerät 16 aus in entgegengesetzten
Richtungen ausbreiten. Die genannten diskreten optischen Komponenten
werden am Ort der Herstellung optisch ausgerichtet, in einer Baugruppe 12A untergebracht
und in Verbindung mit der Linecard-Einrichtung 14 als Modul
auf einem Motherboard untergebracht, damit später beispielsweise am Ort des
Diensteanbieters beziehungsweise Service-Providers der Einbau in
eine Übertragungseinheit
erfolgen kann.
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Das
modulierte optische Signal wird anschließend auf einer ersten optischen
Verbindungsstrecke 22A im Allgemeinen über eine Entfernung von ungefähr 60 bis
80 km übertragen,
wo sich das Signal derart verschlechtert beziehungsweise gütemäßig abnimmt
(teilweise abhängig
von der Art des verwendeten Fasermediums), dass eine Aufbereitung
(REGEN) des sich optisch ausbreitenden Signals notwendig wird, das
heißt, das
Signal muss in elektrische Form rückverwandelt, digital nachverstärkt, nachgeformt
und/oder nachgetaktet (2R oder 3R) und anschließend in optische Form (OEO)
rückverwandelt
werden, damit eine Übertragung
auf der nächsten
optischen Verbindungsstrecke 22B erfolgen kann. Derartige
OEO-REGEN-Anordnungen 20, die in 1 entlang
der optischen Übertragungsstrecke 22 gezeigt
sind, beinhalteten den Einsatz optischer Module 23 oder 25 für den Empfang
(oder das Senden) der optischen Signale seitens der Endgeräte 12 oder 16. Bei
diesen Modulen kamen diskrete, optisch gekoppelte, optisch aktive
und passive Komponenten innerhalb der Baugruppen 23 und 25 und
der elektronischen Linecard-Einrichtungen 21 und 24 zur
Umwandlung des optischen Informationssignals in elektrische Form,
zur Wahrnehmung einer 2R- oder 3R-Funktion und zur anschließenden Rückumwandlung
oder Aufbereitung des in elektrischer Form vorliegenden Signals
in optische Form zum Zwecke einer weiteren Ausbreitung entlang der
optischen Übertragungsstrecke 22 zum
Einsatz. REGEN-Anordnungen 20 können darüber hinaus mit einer Switch-Funktionalität oder einer
Route-Funktionalität
der Signale bezüglich
anderer Netzwerke oder bezüglich örtlicher
Netzwerke ausgestattet sein, was mit dem Bezugszeichen 26 bezeichnet
ist. Eine derartige OEO-REGEN-Anordnung 20 ist zwischen
den Faserübertragungsstrecken 226, 22C, 22D und 22E von
Nöten,
wobei die Übertragungsstrecken üblicherweise
eine Länge
von ungefähr
60 bis 80 km aufweisen, bis das Informationssignal an dem Endgerät 16 (oder
in Abhängigkeit
von der Richtung der Signalausbreitung an dem Endgerät 14)
seinen Bestimmungsort erreicht, an dem das Signal mittels des optischen
Moduls 16 in elektrische Form umgewandelt wurde, wobei
das Modul 16 ein optisches Erfassungselement oder eine
derartige Komponente, so beispielsweise eine p-i-n-Fotodiode (PIN) oder
eine Avalanche-Fotodiode (APD) enthält, woraufhin das Signal weiterverarbeitet,
so beispielsweise verstärkt
oder nachgeformt, wurde. Wie dargestellt, war ein derartiges optisches Übertragungsnetzwerk 10 im
Allgemeinen dahingehend bidirektional, dass das Modul 12 auch
Komponenten des Moduls 16 und umgekehrt enthielt, damit
optische Informationssignale in jedwede Richtung entlang der Faserverbindungsstrecke 22 gesendet
oder empfangen werden können.
Derartige Netzwerke waren in der Lage, ein einzelnes optisches Signal λI und/oder λJ – beispielsweise
mit 2,5 Gb/sec oder weniger – in
jedwede Richtung zu übertragen.
Bei der Implementierung des Netzwerkes für die Signalübertragung
war es jedoch notwendig, diese Signale jeweils auf einer eigenen
Faser zu übertragen,
obwohl durchaus bereits Systeme vorhanden waren, bei denen 1300 nm
in der einen Richtung und 1500 nm in der anderen Richtung auf ein
und derselben Faser Verwendung fanden. Es gab also Faserbündel, wobei
jede Faser die Übertragung
eines einzelnen modulierten optischen Wellenlängensignals ermöglichte.
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Interessant
ist die Tatsache, dass das Konzept einer OEO-REGEN-Anordnung, wie
sie mit dem Bezugszeichen
20 in
1 bezeichnet
ist, schon vor ihrer ersten kommerziellen Nutzung bekannt war. Beispiele für verschiedene
Arten von OEO-REGEN-Anordnungen findet man in den Patenten
US 4,090,067 (erteilt 1978),
US 4,688,260 (erteilt 1987)
und
US 4,948,218 (erteilt
1990).
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3A bis 3E verbildlichen
die 3R-Funktion, die eine OEO-REGEN-Anordnung 20 wahrnimmt. Zunächst werden,
wie in 3A gezeigt ist, reine digitale
Pulse, die ein optisches Kanalsignal 11 enthalten, über eine
optische Verbindungsstrecke übertragen
beziehungsweise in diese eingespeist. Bedingt durch optische Nichtlinearitäten und
Beeinträchtigungen
während
der Ausbreitung des Kanalsignals entlang der Verbindungsstrecke,
was im Detail nachstehend noch erläutert wird, wird das Signal
derart stark verzerrt und verschlechtert, was mit dem Bezugszeichen 13 in 3B bezeichnet
ist, dass eine OEO-REGEN-Anordnung notwendig wird, damit die Intaktheit
des Signals wiederhergestellt werden kann. Andernfalls könnte das
Signal beim optischen Empfänger
nicht akkurat gelesen oder entschlüsselt werden. Der erste Schritt
bei einem 3R-Vorgang besteht in der Nachverstärkung des verzerrten Signals 11,
was in 3C mit dem Bezugszeichen 15 bezeichnet
ist. Der nächste
Schritt besteht, wie in 3D dargestellt
ist, in der Nachformung des Signals als digitales optisches Kanalsignal 17.
Man beachte jedoch, dass der Signalpuls, wie mit dem Bezugszeichen 19 bezeichnet
ist, immer noch beeinträchtigt
ist, wenn der Pulstaktungsbezug nicht stimmt. Daher wird beim letzten
Schritt des 3R-Vorganges das Signal, wie in 3E gezeigt
ist, als aufbereitete Replik des digitalen elektrischen Signals 11 nachgetaktet,
woraufhin eine Umwandlung in ein optisches Signal gleicher Form
mittels eines optischen Modulators in einem optischen Übertragungsmodul
erfolgt.
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Die
Kapazität
optischer Übertragungsnetzwerke
stieg dadurch an, dass die TDM-Technik zum Einsatz kam, bei der
eine niedrige Bitrate aufweisende Informationssignale in eine höhere Bitrate
aufweisende Signale zum Zwecke der Übertragung als eine optische
Wellenlänge
umgewandelt werden. Das eine niedrigere Bitrate aufweisende optische
Signal wird mit anderen eine niedrige Bitrate aufweisenden Signalen
zu einem eine höhere
Bitrate aufweisenden Signal kombiniert, woraufhin alle als eine
einzige Wellenlänge
entlang einer einzigen Faser zu dem Empfangsendgerät oder Knoten übertragen
werden, woraufhin die eine niedrige Bitrate aufweisenden Signale
von dem eine höhere
Bitrate aufweisenden Signal an dem Empfangsendgerät abgetrennt werden.
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Die
Kapazität
der optischen Signalübertragung
wurde darüber
hinaus erheblich gesteigert, als etwa im Jahre 1994 die Markteinführung der
WDM-Technik erfolgte, bei der mehrere optische Informationssignale
verschiedener Wellenlängen
optisch kombiniert werden, um sie als ein multiplexiertes optisches
Signal entlang einer einzelnen Faser zu übertragen. Dies stellte einen
großen
Fortschritt dar, da nunmehr mehrere optische Signale miteinander über eine
einzelne optische Übertragungs-
oder Verbindungsstrecke übertragen
werden konnten.
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Obwohl
die WDM-Technik eine große
Verbesserung mit Blick auf die digitale Signalübertragung mit sich brachte,
verhinderten die äußerst hohen
Kosten von OEO-REGEN-Anordnungen
den unmittelbaren Einsatz, obwohl die Notwendigkeit der Verjüngung der
multiplexierten Signalverstärkung über kurze
optische Faserübertragungsstrecken
von beispielsweise 40 bis 60 km durchaus bestand. Dies bedeutete,
dass das multiplexierte Kanalsignal in einzelne verschiedene Wellenlängen aufweisende
Informationssignale demultiplexiert werden musste, die in elektrische
Form umgewandelt sowie gegebenenfalls sowohl nachgeformt wie auch nachgetaktet
wurden, woraufhin sie in optische Form rückumgewandelt wurden (OEO).
Etwa im Jahre 1995 wurde dann der kommerzielle Einsatz erbiumdotierter
Faserverstärker
(EDFAs) entlang des optischen Übertragungsweges
Wirklichkeit. Mit dem Auftauchen von EDFAs konnten optisch multiplexierte
Signale gleichzeitig in optischer Form (OO) verstärkt werden,
wobei sich die optischen Signalausbreitungsentfernungen mit dem
Einsatz von EDFAs entlang der Übertragungsstrecken
zwischen den REGEN-Anordnungen vergrößert, das heißt, die
Anzahl der erforderlichen REGEN-Anordnungen entlang einer vorgegebenen
optischen Übertragungsstrecke
und Übertragungsverbindung
konnte durch Vornahme einer OO-Umwandlung unter Verwendung von EDFAs
anstelle einer OEO-Umwandlung verringert werden. Daher beseitigte
der Einsatz von EDFAs die Notwendigkeit der Beschränkung auf
kürzere
optische Übertragungsstrecken
unter Einsatz kostenintensiver OEO-REGEN-Anordnungen durch den Einsatz
zwischengeschalteter EDFAs 46, was in 2 dargestellt ist.
Das Auftauchen von EDFAs ermöglichte
eine Reihe neuartiger Wege bei der wirtschaftlichen Verwertung optischer
Netzwerke, was von der Möglichkeit
herrührte,
mehrere OEO-REGEN-Anordnungen an einer einzigen Stelle durch einen
einzigen EDFA zu ersetzen. Gleichwohl ist der Einsatz von EDFAs
nicht allzu kostengünstig,
da diese Faserverstärker
Hochleistungsgeräte
mit bestimmten Betriebsparametern, so beispielsweise einer guten
Verstärkungsglättung und
einer niedrigen Rauschzahl bezüglich
der Betriebsbandbreite der multiplexierten optischen Signale, sein
müssen.
Diese Art optischer Verstärker
beschränkt
darüber
hinaus den spektralen Umfang der optischen Signale, die erfolgreich
verstärkt
werden können,
was von ihrer beschränkten
Verstärkungsbandbreite
herrührt.
Je weiter die Netzwerk- oder Systemreichweite mittels optischer
Verstärker
wird, desto mehr steigen die Kosten des Netzwerks oder Systems.
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Wie
in 2 gezeigt ist, kann in dem EDFA-implementierten
bidirektionalen optischen Übertragungsnetzwerk 30 der
Punkt der Signalerzeugung beispielsweise hinsichtlich beider optischer
Endgeräte
oder Knoten 32 oder 36 mit jeweiligen Linecard-Einrichtungen 34 und 38 vorliegen.
Entlang des Übertragungsweges sind
die OEO-REGEN-Anordnungen 40 zudem für eine 3R-Signalaufbereitung
gerüstet.
An den Endgeräten 32 und 36 werden
mehrere optische Kanalsignale aus elektrischen Pulsinformationssignalen
erzeugt, wobei die mehreren optischen Signale multiplexiert und
in die optische Faserübertragungsstrecke,
so beispielsweise die Übertragungsstrecke 41A oder 41C,
eingespeist werden. Während
der Signalausbreitung werden die multiplexierten Signale mittels
Hochleistungs-EDFAs 46 verstärkt, die entlang der optischen Übertragungsstrecke 41A, 41B oder 41C angeordnet
sind. Am Anfang sind gegebenenfalls ungefähr drei bis fünf derartige
EDFA-Anordnungen pro Übertragungsstrecke
vorhanden, wobei jedoch mit der Zeit die Anzahl in vielen Fällen auf
zehn EDFA-Anordnungen pro Übertragungsstrecke
steigen kann. Erreichen die multiplexierten Kanalsignale eine REGEN-Anordnung 40,
so werden die multiplexierten optischen Signale einer Demultiplexierung
und danach einer OE-Umwandlung, einer Aufbereitung, einer Nachformung
und einer Nachtaktung (3R) mittels der Linecard-Einrichtungen 42 und 44 in
elektrischer Form und anschließend
einer EO-Umwandlung der 3R-erzeugten Signale, die in den Sender- Empfänger-Modulen 43 und 45 vorgenommen
wird, unterzogen, damit anschließend die optisch verjüngten oder
aufbereiteten multiplexierten Kanalsignale in die nächste optische
Faserübertragungsstrecke,
so beispielsweise die Übertragungsstrecke 41B eingespeist
werden können.
Die REGEN-Anordnungen 40 nehmen zudem Switching- und Routing-Funktionen
wahr, siehe Bezugszeichen 46, sodass ein Kanalsignal von
anderen Knoten oder Anordnungen zum Zwecke einer Übertragung
in das Netzwerk 30 hinein oder aus diesem heraus geswitcht
oder geroutet oder empfangen werden kann. Multiplexierte Kanalsignale,
die an einem Endgerät 32 oder 36 ankommen,
werden bei 32A und 36A einer Demultiplexierung sowie
einer OE-Umwandlung für
eine elektrische Signalverarbeitung unterzogen. Daher weist jedes
der optischen Module 32A und 36A sowohl OE- wie
auch EO-Komponenten auf, sodass optische Signale in jedwede Richtung
der optischen Übertragungsstrecke 41A, 41B und 41C übertragen
werden können.
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Die
grundlegende Errungenschaft des Einsatzes von EDFAs war, so wurde
vorstehend bereits ausgeführt,
das Einfügen
bidirektionaler EDFAs 46 entlang der optischen Verbindungsstrecke,
wodurch die Notwendigkeit des Vorhandenseins mehrerer REGEN-Anordnungen
entfiel, und wodurch die Länge
der optischen Übertragung
auf bis zu 100 km und mehr gesteigert werden konnte, bevor eine
weitere OEO-Aufbereitung notwendig wurde. Daher konnten die optischen Übertragungsstrecken 41A, 41B und 41C zwischen
OEO-REGEN-Anordnungen 40 vergrößert werden, indem eine optische
Verstärkung
(OO) in jedwede Richtung über EDFAs 46 eingebaut
wurde. Dies vergrößerte die
optische Signalkapazität
beträchtlich.
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In
sämtlichen
Arten optischer Übertragungsnetzwerke 30 mit
verschiedener Kanalkapazität
und/oder verschiedener Baudrate war die Architektur hinsichtlich
optischer Module und OEO-REGEN-Anordnungen im Wesentlichen gleich,
was in 4 beispielhaft dargestellt ist, wo verschiedene
Typen diskreter optischer Komponenten dargestellt sind, die in den
typischen optischen Modulendgeräten 32 und 36 sowie
in den OEO-REGEN-Anordnungen 40 vorkommen. In einigen Fallen
umfassen die modulierten Quellen eigene Laserquellen und Modulatorquellen,
wohingegen in anderen Fällen
die modulierten Quellen integrierte elektrooptische Modulatoren/Laser
(EMLs) sind. Der in der vorliegenden Druckschrift behandelte Fall
ist ersterer. Innerhalb jedes Tx-Moduls 50 und jedes Rx-Moduls 60 kommt
eine Vielzahl diskreter optischer Komponenten zum Einsatz. 4 zeigt
das Tx-Modul 50 und das Rx-Modul 60 in getrennten
Baugruppen, wobei jedoch auch bekannt ist, beide optischen Module
innerhalb derselben Baugruppe zu verwenden, um einen optischen Sender-Empfänger (Transceiver)
oder Transponder zu bilden. Jedes Kanalsignal wird unter Verwendung
einzelner optischer Komponenten, darunter ein diskreter Kanallaser
und ein diskreter Kanaldemodulator, EO-erzeugt und EO-gewandelt.
Darüber
hinaus ist der Einsatz von Feldern optischer Komponenten möglich, so
zum Beispiel einer DFB-Laser-Reihe aus N Laseremittern. Mit Blick
auf die kommerzielle Verwertbarkeit ist die Bereitstellung von Multiwellenlängenfeldern
aus DFB-Lasern jedoch schwierig, da die Wellenlängen der einzelnen Laseremitter verschiedene
Wellenlängen
sein müssen,
die bezüglich
eines standardisierten Wellenlängengitters,
so beispielsweise des ITU-Gitters, approximiert oder optimiert werden,
wobei die einzelnen Wellenlängen
gegenüber umwelt-
oder betriebsbedingten äußeren Einflüssen stabilisiert
werden müssen.
Aus diesen Gründen
ist die bis dato verlässlichste
Architektur der Einsatz eigener diskreter abstimmbarer DFB-Laser-Komponenten.
Diese diskreten optischen Komponenten müssen optisch miteinander gekoppelt
werden, was äußerst kostenintensiv
ist, da die entsprechenden Ausrichtungen, die in 4 mit
den Bezugszeichen 51 und 61 bezeichnet sind, in
vielen Fällen
für jeden
einzelnen optischen Kopplungspunkt manuell ausgeführt werden
müssen.
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Das
Tx-Modul 50 umfasst beispielsweise eine Mehrzahl diskreter
in Baugruppen untergebrachter DFB-Laser 52(1),..., 52(N-1) und 52(N),
die eine Wellenlängenstabilisierungssteuerung
vornehmen, damit ihre jeweiligen einzelnen Betriebswellenlängen hinsichtlich
des standardisierten Wellenlängengitters
optimiert bleiben. Jeder der N DFB-Laser 52 ist optisch über eine
Faser mit dem Eingang eines diskreten in einer Baugruppe untergebrachten
Modulators 54(1),..., 54(N-1) und 54(N) gekoppelt,
die im Allgemeinen Mach-Zehnder-Modulatoren (MZM) sind. Die Ausgänge von
jedem der N MZMs 54 werden anschließend optisch über eine
Faser mit dem Eingang des MUX 56 gekoppelt. Der MUX 56 umfasst
gegenwärtig,
zumindest in den meisten Fällen, einfache
Faserkombinierer, dünnfilmbasierte
Filter, Faser-Bragg-Gitter, siliziumoxidbasierte AWGs und siliziumbasierte
AWGs, obwohl auch andere Möglichkeiten
gegeben sind, so beispielsweise optische Zirkulatoren und polarisationsbasierte
Multiplexer. Der Ausgang des MUX 56 wird dann üblicherweise
optisch mit einem Verstärkungsmedium
gekoppelt, das als Vorverstärker 58 wirkt,
um die multiplexierten Signale auf eine höhere Amplitude anzuheben, was
durch den Einfügungsverlust,
den die optischen Komponenten 54 und 56 erfahren, wie
auch durch den optischen Verlust bedingt ist, der an den optischen
Kopplungspunkten 51 zwischen den optischen Komponenten
(einschließlich
der optischen Kopplung mit den DFB-Lasern 52) auftritt.
Der Vorverstärker
ist im Allgemeinen ein Hochleistungs-EDFA. Im Allgemeinen werden
die Kanalsignale heutzutage mit einem Kanalabstand von 50 GHz übertragen.
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In
der Ausgestaltung gemäß 4 werden
die multiplexierten optischen Signalkanäle in die optische Faserverbindungsstrecke 57 eingespeist,
die eine Mehrzahl von EDFAs 59 enthalten kann, die im Raum
entlang ihrer Länge
angeordnet sind, um die multiplexierten optischen Signale zu verstärken, wie
vorher anhand 2 gezeigt wurde.
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Das
Rx-Modul 60 umfasst im Allgemeinen einen Vorverstärker 62,
der im Allgemeinen ein EDFA ist. Nach der Vorverstärkung werden
die empfangenen multiplexierten Signale optisch über eine Faser mit dem Eingang
eines MUX 64 gekoppelt, der, wie vorstehend im Zusammenhang
mit dem Tx-Modul 50 erläutert
worden ist, derzeit ein siliziumbasierter AWG ist. Der DEMUX 64 kann
darüber
hinaus zusätzliche
Filter zur Umwandlung des den Signalen zu eigenen Kanalabstandes
von 50 GHz in einen Kanalabstand von 100 GHz enthalten. Die demultiplexierten
Signale werden anschließend über optische
Fasern mit jeweiligen Fotodetektoren 66(1),..., 66(N-1) und 66(N) für eine Umwandlung
in elektrische Form gekoppelt. Die Fotodetektoren, die im Allgemeinen
zum Einsatz kommen, sind vom APD- oder PIN-Typ. Die Linecard-Einrichtung
(nicht gezeigt) verarbeitet anschließend die umgewandelten Signale.
Es gibt wiederum eine Anzahl optischer Kopplungspunkte 61,
wo Verbindungen zwischen Fasern hergestellt werden müssen, damit
die Mehrzahl optischer Komponenten optisch miteinander verbunden
werden kann.
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Optische
Transportnetzwerke vom WDM-Typ sind in 2 gezeigt.
Sie entwickelten sich derart, dass zunächst die Kapazität, das heißt die Anzahl
der Signalkanalwellenlängen
des Netzwerkes vergrößert wurde, was
die Anzahl paralleler Netzwerke und daher der optischen Aufbereitungsvorrichtungen
verringerte, die zur Handhabung der Verkehrsanforderungen an einer
bestimmten Stelle erforderlich waren.
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Verwiesen
wird nunmehr auf 5, die das Fortschreiten der
Preis- und Kostenverringerung bei der Kalkulation optischer Übertragungen
mit dem Aufkommen von WDM-Übertragungsnetzwerken
oder Systemen mit dem entsprechenden Anstieg der Kanalkapazität und dem
Kostenabfall pro Kanal zwischen den Jahren 1994 und 2002 darstellt.
Wie in 5 gezeigt ist, waren die ersten Transportnetzwerke,
die im Jahre 1994 eine einzelne Wellenlänge in einer Richtung mit einer
3R- oder OEO-REGEN-Anordnung, siehe 1, übertrugen, sehr
kostenintensiv, was durch Punkt 70 in 5 angedeutet
ist. Obwohl die Konzepte und Prototypen für WDM-Netzwerke bereits im
Jahre 1994 Wirklichkeit waren, waren sie noch nicht praxistauglich,
und zwar solange nicht, bis optische Faserverstärker oder EDFAs eingeführt wurden,
die die Reichweite wie auch die Kapazität des Netzwerkes beträchtlich
vergrößerten.
Die WDM-Übertragungsnetzwerke
setzten sich um 1996 mit dem Aufkommen von 2,5-Gb-WDM-Systemen (siehe
Punkt 71) durch. Etwa zwischen 1995 und 1998 (das heißt etwa
zwischen den Punkten 71 und 72 in 5)
und später
ging man von 2,5-Gb-WDM-Systemen mit acht Kanälen auf 16 und anschließend auf
80 Kanäle über. Mit
dem Anwachsen der Kapazität
der WDM-Systeme
nahmen die Kosten dieser Systeme wie auch die Kosten pro Kanal,
wie in 5 gezeigt ist, fortwährend ab. Zwischen den Punkten 72 und 73 von 5 oder
grob ab 1997 nahm man 10-Gb-WDM-Systeme in Betrieb, die die Kapazität weiter
vergrößerten,
da größere Datenraten
bereitgestellt wurden, wodurch die Kosten des Systems und die Kosten
pro Kanal entsprechend sanken. In dieser Zeitspanne ging man von
10 Gb-Systemen mit
acht Kanälen
auf 32 Kanäle
und anschließend
auf 80 Kanäle
und bisweilen auch auf 160 Kanäle (siehe
Erweiterung in Richtung auf Punkt 74 in 5) über. Etwa
bei Punkt 73 oder grob im Jahre 2001 konzentrierten sich
Verkäufer
und Service-Provider
auf die Erweiterung der Systemreichweiten durch den Einsatz von
mehr und mehr EDFAs entlang der optischen Übertragungsstrecken wie auch
den Einsatz einer Counter-propagating-Raman-Verstärkung, die
den Abstand zwischen OEO-REGEN-Anordnungen
oder Knoten immer weiter vergrößerte, was
wiederum die Kosten pro Kanal senkte, jedoch nicht zu der Kostenrate
pro Kanal führte,
die man in der Vergangenheit eigentlich aus einer Betrachtung der
Punkte 70 und 73 im Vergleich zu Punkt 74 in 5 gefolgert
hatte.
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Während die
Kapazitätsvergrößerungen
bei der Verbesserung der Kosteneffektivität optischer Übertragungsnetzwerke
effektiv waren, konnte die Kosteneffektivität der Netzwerke um einen größeren Faktor
gesteigert werden, indem die Netzwerkreichweite vergrößert wurde.
Die Reichweite eines Netzwerkes ist als maximaler Abstand definiert,
den der optische Faserverstärker
mit Blick auf ein annehmbares OSNR für die Kanalsignale noch unterstützen kann.
Ursprünglich
waren die Abstände,
die die Service-Provider zwischen den Verkehrsstellen (traffic locations)
(„Routen") zu erreichen versuchten,
im Allgemeinen viel größer, als
dass sie von den Netzwerken hätten
unterstützt
werden können.
Frühere
Netzwerke waren in der Lage, Entfernungen zu überbrücken, die üblicherweise in der Größenordnung
von etwa 300 bis 500 km lagen. Die Routen heutzutage erreichen Entfernungen über 1000
km. Daher müssen
mehrere Netzwerke kaskadiert werden, damit geeignete andere Netzwerke
und Endgeräte
erreicht werden können.
Dominiert wurden die Netzwerkkosten von den elektronischen Schnittstellen,
die an den Endgeräten 32 und 36 und
den OEO-REGEN-Anordnungen 40 entlang der Fernrouten von
Nöten waren.
Aus diesem Grund waren die Carrier-Provider genötigt, die Reichweite ihrer
Netzwerke zu vergrößern, damit
der Bedarf an Endgeräten 32, 36 und
OEO-RE-GEN-Anordnungen 40 minimiert
werden konnte. Mit der Zeit waren die Carrier-Provider in der Lage,
die Reichweiten ihrer optischen Übertragungsnetzwerke
auf einige 1000 km zu steigern.
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Der
zeitabhängige
Nettoeffekt entlang einer typischen Route von 1000 km oder eine
beliebige andere Reichweite eines erweiterten Systems jenseits der
1000 km sowie das Ansteigen der Kanalzahlen und der Entfernungen
haben zu den nachfolgend aufgelisteten wirtschaftlichen Einsparungen
bezogen auf einen Normalpreis geführt. Tabelle 1
Jahr | Geschätzte wirtschaftliche
Ersparnis | Optisches
Netzwerk |
1994 | X | SONST
OEO REGEN |
1996 | 0,340X | WDM
der ersten Generation |
1998 | 0,170X | WDM
der zweiten Generation |
2000 | 0,057X | WDM
der dritten Generation |
2001 | 0,046X | WDM
der vierten Generation |
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Anders
ausgedrückt,
die Kosten für
eine optische Signalübertragung
sind um den Faktor von beispielsweise annähernd 20 in den vergangenen
sieben Jahren gefallen. Gleichwohl ging mit diesen Gewinnen betreffend
den Einsatz von WDM-Systemen in optischen Übertragungsnetzwerken eine
Zunahme der Komplexität zusammen
mit zusätzlichen
Kosten einher, was durch die Notwendigkeit zusätzlicher Netzwerkkomponenten, höherer Leistungen
sowie durch durch neue und verbesserte Netzwerkvorrichtungen beispielsweise
zur Berichtigung von Nichtlinearitäten und analogen Beeinträchtigungen
auferlegte Bedingungen hervorgerufen wurde. Der fortwährende Anstieg
bei der Leistung ist nicht proportional zu den Kosten, was zu einem
Absinken des Preis-Leistungs-Verhältnisses führt.
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Da
die Netzwerkkapazität
weitgehend durch die genannten WDM-Übertragungssysteme bestimmt war,
die eine zunehmend größere Zahl
von Signalkanälen
tragen, streben die Service-Provider nunmehr danach, ökonomische
Gewinne dadurch zu erreichen, dass sie die Reichweite der Systeme
in ihren optischen Übertragungsnetzwerken
vergrößern.
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Dieses
Ziel beruht auf der Voraussetzung, dass die Kanalsignalaufbereitung
kostenträchtig
und teuer ist. Um dieses Ziel zu erreichen, besteht ein Lösungsansatz
in der Be seitigung der OEO-REGEN-Anordnungen in der erweiterten
Netzwerkreichweite. Dies führte
in jüngster
Zeit zu einem Wiederaufleben rein optischer Übertragungsnetzwerke mit OO-Anordnungen
und OOO-REGEN-Anordnungen, um die kostenträchtigen OEO-REGEN-Anordnungen zu umgehen. Dies wiederum
rührt daher,
dass OEO-REGEN-Anordnungen erheblich kostenintensiver sind, was
hauptsächlich
durch den Einsatz diskreter optischer Komponenten sowie durch die
Kosten der damit verbundenen optischen Kopplungspunkte wie auch
durch die Aufbereitung von 3R-Signalen in elektrischer Form und
die nachfolgende Signalaufbereitung in optischer Form über eine
optische Kanalsignaldemultiplexierung und Multiplexierung zur Sicherung
voller Signalbedingungen bedingt ist. In diesem Zusammenhang arbeiten
zahlreiche Firmen und Forschungseinrichtungen an der Entwicklung
einer optischen Übertragungsplattform,
die gänzlich
auf optischen Größen beruht,
wodurch jedwede Notwendigkeit einer OEO-Umwandlung aufgrund von
deren totaler Beseitigung eliminiert wird. Einige wenige Beispiele
für Arbeiten
auf diesem Gebiet finden sich in dem
US-Patent
6,169,616 (OOO A/D), dem
US-Patent
6,335,819 (OOO-REGEN), der
US-Patentanmeldung 2002/0015201 (OO-Spektrumsdämpfer) und
der
US-Patentanmeldung 2002/0030867 (OO-Switching).
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Obwohl
die Fortschritte bezüglich
rein optischer Übertragungsplattformen
beeindruckend gewesen sind, ist das endgültige Erreichen einer kommerziell
nutzbaren rein optischen Übertragungsplattform
noch viele Jahre entfernt. Zudem setzen derartige OOO-Systeme den
fortwährenden
Einsatz zahlreicher optischer Faserverstärker (EDFAs) zwischen den optischen
REGEN-Anordnungen voraus. Diese Architektur weist nach wie vor den
aus der Analogtechnik bekannten Nachteil hinsichtlich wellenlängenabhängiger Verstärkung und Rauschens
wie auch eine Vielzahl weiterer nichtlinearer Beeinträchtigungen
auf, die von der unterbrochenen Ausbreitung entlang der Fasern herrühren, was
eine nicht gleichmäßige Kanalleistung
bedingt und daher eine Vielzahl zusätzlicher optischer oder opto-elektronischer
Vorrichtungen und Komponenten zur Berichtigung der analogen Disparitäten, so
beispielsweise der Verstärkungsglättung und
des Dispersionsausgleichs (DC), erfordert. Als Beispiel sei angeführt, dass
die vorgenannte Patentanmeldung
2002/0015201 auf
dieses Problem eingeht und eine Signaldämpfung für jeden Kanal bereitstellt,
um eine geglättete
Verstärkung
im Signalkanalspektrum und mutmaßlich einen niedrigeren OSNR-Wert
zu erreichen, wobei dies jedoch auf Kosten des Hinzufügens zusätzlicher
kostenintensiver Komponenten zu dem System geht und nach wie vor
die angesammelten Kanalsignalbeeinträchtigungen nicht beseitigt,
die durch die kaskadierte analoge optische Faserverstärkung auf
dem Übertragungsweg
gefördert
wird.
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Die
Kostenanalyse von OEO-REGEN-Anordnungen stellt sich für Fachleute
auf diesem Gebiet der Technologie derart dar, dass die aktuell verwendeten
Baugruppen, die bei den optischen Modulen 50 und 60 (siehe 4)
zum Einsatz kommen, die einzigen höchsten Kosten bei der Herstellung
des Moduls eines optischen Übertragungsnetzwerkes
sind, wobei der führende
Kostenfaktor bei diesen Modulen die Anzahl der erforderlichen Fasern
und anderen optischen Kopplungspunkte 51 und 61 ist.
Multipliziert mit der Anzahl der Punkte 51 und 61 stellt
dies den Hauptkostenfaktor bei der Herstellung optischer Module
zur Verwendung in optischen Übertragungsnetzwerken,
so beispielsweise bei dem in 2 mit 30 bezeichneten
Netzwerk, dar.
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Mit
Blick auf eine benötigte
Alternative zu den kostenintensiven Endgeräten ist ein rein optisches
Netzwerk ein architekturtechnisch gangbarer Lösungsansatz, der diese hohen
Kosten bei der Herstellung optischer Module beträchtlich verringert, wodurch
besser einsetzbare optische Tx- oder Rx-Module für eine endgeräteseitige
OEO-REGEN-Aufbereitung für
hochgradig kostenbewusste Telekommunikationsdiensteanbieter bereitsteht.
Derartige neue Endgeräte
und OEO-REGEN-Anordnungen müssen
hochgradig kosteneffektiv und preislich hochgradig wettbewerbsfähig sein,
und zwar sowohl im Zusammenspiel mit bestehenden OEO-REGEN-Anordnungen
wie auch im Zusammenspiel mit OO-Anordnungen, so beispielsweise
dem derzeitig stattfindenden Einsatz von EDFA-Anordnungen entlang der optischen Faserübertragungsstrecke.
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Es
sei nochmals bemerkt, dass im Zusammenhang mit dem optischen Übertragungsnetzwerk 30 von 2 die
1R-Signalverarbeitung in optischer Form vorgenommen wurde, wobei
optische Faserverstärker
zum Einsatz kamen, so beispielsweise EDFAs und Raman-Verstärker. Zur
Berichtigung der Signaldämpfung
vor der erforderlichen OEO-REGEN-Aufbereitung wurden EDFAs und Raman-Verstärker entlang
der optischen Übertragungsroute
derart eingesetzt, dass sie sich entlang der Länge beziehungsweise der Entfernung
der Ausbreitung des digitalen Signals erstrecken, ohne dass das
Signal merklich beeinflusst würde,
wodurch die Entfernung, die überbrückt werden
konnte, bevor eine weitere Signal-REGEN-Anordnung zum Einsatz kam, merklich
gesteigert werden konnte. Zur Berichtigung optischer Signalbeeinträchtigungen,
so beispielsweise der GVD, wurde eine Signalbeeinträchtigungsberichtigung
in optischer Form dadurch vorgenommen, dass dispersionsverschobene
Fasern (DSFs) und optische Dispersionsausgleichselemente (DCEs)
zum Zwecke einer weiteren Vergrößerung der
Länge oder
Entfernung der Ausbreitung des Signals eingesetzt wurden, ohne dass sich
die Signalbeeinträchtigung
merklich gesteigert hätte,
wodurch die Entfernung, die überbrückt werden konnte,
bevor eine weitere Signal-OEO-Anordnung eingesetzt werden musste,
merklich vergrößert wird.
Für den
Fall der Architektur von 2 werden zusätzlich zur Verwendung mehrerer
optischer Verstärker
(EDFAs oder Raman-Verstärker
oder eine andere Verstärkung
vom analogen Typ) EDFAs entlang der Signalübertragungsroute zur Verbesserung
der Signalverstärkung,
Spektrumsverstärkungsglätter sowie
VOAs und DCFs eingesetzt, um Nichtlinearitäten und Unregelmäßigkeiten
des Signals zu berichtigen. In all diesen Fällen erfolgt jedoch eigentlich
keine vollständige
Signalaufbereitung, sondern vielmehr eine Signalverstärkung und
in gewissem Ausmaß eine
Signalnachformung (2R), sodass viele Beeinträchtigungen des Signals vom
analog Typ immer noch vorhanden sind und auch vorhanden bleiben,
solange nicht eine vollständige
Signal-3R-OEO-REGEN-Anordnung
vorhanden ist. Was benötigt
wird, ist daher eine kosteneffektive Art der Bereitstellung von OEO-REGEN-Anordnungen,
wobei EDFAs ersetzt werden und wobei eine Aktualisierung (Upgrading)
optischer Verstärkeranordnungen
ermöglicht
wird, um weitere funktionelle Möglichkeiten
bereitzustellen, so beispielsweise ein Routing oder Switching, ein
Multiplexing, eine Add/Drop-Funktion sowie ein Grooming des Signals.
Durch Bereitstellung kosteneffektiver Endgeräte und OEO-REGEN-Anordnungen
in einem neuen Netzwerk und der Displatzierung bestehender OEO-REGEN-Anordnungen
und optischen Faserverstärkeranordnungen
(OO) wird die Intaktheit des Kanalsignals stark verbessert, was
im Einzelnen bedeutet, dass die Bitfehlerrate abnimmt, wodurch die
Notwendigkeit höherer
Kosten und ausgeklügelterer
FEC-Komponenten verringert wird, sodass die Notwendigkeit optischer
Signalverarbeitungskomponenten, so beispielsweise von VOAs, Verstärkungsglättungsfiltern,
DCFs und dergleichen, beseitigt wird, wobei auch der zeitliche Aufwand für das Ersetzen
der bestehenden Übertragungsfaser
durch eine neue optische Faser höherer
Leistung verringert wird.
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Anders
und vielleicht einfacher gesagt, bezeichnen digitale optische Netzwerke
im Sinne der vorliegenden Offenbarung eine vollständige digitale
Signal-REGEN-Anordnung, die hochgradig kosteneffektiv und wettbewerbsfähig ist,
um bestehende REGEN-Anordnungen und analoge OO-Anordnungen (EDFA)
sowohl in den derzeit aktuellen wie auch in den in Zukunft aktuellen
optischen Übertragungsnetzwerken
zu ersetzen.
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Die
Druckschrift
EP 1 076 434 offenbart
eine optische Verstärkungseinrichtung
mit einer Vielzahl von optischen Anpassabschnitten, einem Wellenlängenmultiplexierabschnitt
und einem Steuerabschnitt, der die Ausgänge der optischen Anpassabschnitte
derart steuert, dass Abweichungen zwischen optischen Leistungen von
jeweiligen Wellenlängenbändern nach
der Übertragung
verringert werden.
-
Aufgaben der Erfindung
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines Verfahrens zum Bereitstellen einer vor Ort erweiterbaren Kanalkapazität in einer Übertragungsnetzwerkeinrichtung
ohne die Notwendigkeit der Beschaffung von zusätzlichen Einrichtungen für einen Übertragungsdienstanbieter,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Installieren
von Übertragungsnetzwerkeinrichtungen,
die sendeseitige oder empfangsseitige halbleiterbasierte photonenbasierte
integrierte Schaltkreis-Chips (TxPIC oder RxPIC) enthalten, die
eine Vielzahl von Signalkanälen
unterschiedlicher Wellenlängen
mit integrierten modulierten Quellen zum Senden von Kanalsignalen
von einem Schaltkreis oder mit integrierten Fotodetektoren zum Empfangen von
Kanalsignalen in einem Schaltkreis haben; anfängliches Aktivieren von weniger
als der gesamten Signalkanalkapazität in einem der Schaltkreis-Chips,
die ausreicht, um den aktuellen Signalverkehr des Übertragungsdienstanbieters
zu ermöglichen;
und anschließend,
wenn der Signalverkehr des Übertragungsdienstanbieters
zunimmt, Aktivieren von wenigstens einer zusätzlichen Kanalkapazität in dem
Schaltkreis-Chip, um zusätzliche
Signalkanäle
bereitzustellen.
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Eine
Aufgabe besteht darin, die Architektur eines neuen optischen Übertragungsnetzwerkes
bereitzustellen, wobei hochgradig kosteneffektive Tx- und Rx-Module
sowie Tx-Rx-Module
bereitgestellt werden.
-
Eine
weitere Aufgabe besteht in der Überführung herkömmlicher
analoger optischer Netzwerke in digitale optische Netzwerke.
-
Eine
weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Tx- und Rx-
oder Tx-Rx-Moduls, das eine photonische integrierte Schaltung (PIC)
umfasst, wodurch ein kompakteres optisches Tx- und Rx-Modul bereitgestellt
wird, sodass der zum Aufbau der Geräte notwendige Raum, der bislang
bei herkömmlichen
optischen Modulen mit optisch gekoppelten diskreten optischen Komponenten
von Nöten
war, nicht mehr gebraucht wird.
-
Eine
weitere Aufgabe besteht in der Ersetzung von EDFAs und OADMs durch
ein äußerst kostengünstiges
und wettbewerbsfähig
anpreisbares digitales optisches 3R-Netzwerk (DON) unter Verwendung
integrierter schaltungsoptischer Elemente anstatt diskreter optischer
Elemente, wie sie derzeit in optischen Übertragungsnetzwerken eingesetzt
werden.
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Eine
weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines digitalen optischen
Netzwerkes (DON), das einfach aktualisierbar und skalierbar ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen
einer vor Ort erweiterbaren Kanalkapazität in einer Übertragungsnetzwerkeinrichtung
ohne die Notwendigkeit der Beschaffung von zusätzlichen Einrichtungen für einen Übertragungsdienstanbieter,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Installieren
von Übertragungsnetzwerkeinrichtungen,
die sendeseitige oder empfangsseitige halbleiterbasierte photonenbasierte
integrierte Schaltkreis-Chips (TxPIC oder RxPIC) enthalten, die
eine Vielzahl von Signalkanälen
unterschiedlicher Wellenlängen
mit integrierten modulierten Quellen zum Senden von Kanalsignalen
von einem Schaltkreis oder mit integrierten Fotodetektoren zum Empfangen
von Kanalsignalen in einem Schaltkreis haben; anfängliches
Aktivieren von weniger als der gesamten Signalkanalkapazität in einem
der Schaltkreis-Chips, die ausreicht, um den aktuellen Signalverkehr
des Übertragungsdienstanbieters
zu ermöglichen;
und anschließend,
wenn der Signalverkehr des Übertragungsdienstanbieters zunimmt,
Aktivieren von wenigstens einer zusätzlichen Kanalkapazität in dem
Schaltkreis-Chip, um zusätzliche
Signalkanäle
bereitzustellen.
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Ein
digitales optisches Netzwerk (DON) stellt einen neuen Lösungsansatz
hinsichtlich kostengünstiger kompakter
optischer Sendermodule und optischer Empfängermodule zum Einsatz in einem
optischen Übertragungsnetzwerk
(OTN) bereit. Ein wichtiger Aspekt des genannten digitalen optischen
Netzwerkes besteht in der in diese Module erfolgenden Integrierung
senderseitiger photonischer integrierter Schaltungschips (TxPIC) und
empfängerseitiger
photonischer integrierter Schaltungschips (RxPIC) anstelle diskreter
modulierter Quellen und Detektorquellen mit diskreten Multiplexern
oder Demultiplexern.
-
Ein „digitales
optisches Netzwerk" kann
im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung auf mehrere voneinander
unabhängige
Weisen definiert werden. Zunächst
einmal stellt es ein Netzwerk dar, das die Notwendigkeit optischer
Komponenten minimiert, die analoge optische Beeinträchtigungen
berichtigen, die bei der Übertragung
des Signals entstehen. Diese optischen analogen Beeinträchtigungen
sind als beliebige Verschlechterungen der Güte des Übertragungssignals definiert,
die bei der optischen Aus breitung des Signals entweder in der Faser
oder durch beliebige Komponenten zwischen EO- oder OE-Umwandlungen
des Signals auftreten. Zu diesen analogen Beeinträchtigungen
zählen
unter anderem die chromatische Dispersion, die Polarisationsmodusdispersion,
die Verstärkungs-
oder Verlustschwankung bei Kanälen,
das Vierwellenmischen, die stimulierte Raman-Streuung, die Überkreuz-
und Selbstmodulation sowie die Intersymbolinterferenz. Beispiele
für optische
Komponenten, die diese analogen Beeinträchtigungen berichtigen, sind
unter anderem optische Faserverstärker, verstärkungsglättende Filter, veränderliche
optische Dämpfer
und DCE-Elemente (darunter abstimmbare Dispersionsausgleichselemente,
DCF- und Polarisationssteuerungen sowie Dispersionsausgleichstrimmungstechniken).
Anders gesagt, ist ein DON ein Netzwerk, das die Zahl optischer
Komponenten zur Berichtigung optischer analoger Beeinträchtigungen
auf Null bringt oder zumindest wesentlich verringert. Zweitens ermöglicht ein
derartiges Netzwerk, dass der durchschnittliche Raumabstand beziehungsweise die
räumliche
Trennung zwischen OEO-REGEN-Anordnungen im Vergleich zu gegenwärtig eingesetzten Netzwerken
bei DWDM-Systemen geringer ist, was durch die Verwendung kostengünstiger
OE- und EO-Signalumwandlungen ermöglicht wird. Drittens ermöglicht das
Netzwerk, dass der durchschnittliche räumliche Abstand oder die räumliche
Trennung zwischen OEO-REGEN-Anordnungen geringer als bei gegenwärtig eingesetzten
Netzwerken für
DWDM-Systeme ist, was durch den Einsatz photonischer integrierter
Schaltungen oder PIC-Chips ermöglicht
wird. Viertens ermöglicht
das Netzwerk eine wesentliche Verringerung der Faserkopplung an
Endgeräten
und anderen Anordnungen oder Knoten bei gleichwertiger Kapazität (gemessen
in Gb/s) und Anzahl der Kanäle.
Fünftens
ermöglicht
das Netzwerk eine wesentliche Verringerung der Faserkopplung in
dem Netzwerk bei gleichwertiger Kapazität (gemessen in Gb/s) und Anzahl
der Kanäle.
Sechstens ermöglicht
das Netzwerk eine wesentliche Verringerung der Anzahl optischer
Verstärker,
die in einem Netzwerk benötigt
oder erforderlich sind. Dies ist teilweise der Verwendung kostengünstiger
OEO-Anordnungen geschuldet (die in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
als TxPICs und RxPICs ausgestaltet sind). Siebtens ermöglicht das
Netzwerk die Verwendung einer 100-Gbits-Übertragungskapazität oder einer
noch größeren Übertragungskapazität auf einem
einzigen Systemboard durch den Einbau von PICs, die mit Hochgeschwindigkeitselektronik
versehen sind. Achtens ermöglicht
das Netzwerk Sender-, Empfänger-
oder Sender-Empfänger-Module
höherer
Dichte durch den Einsatz der TxPICs und der RxPICs. Neuntens ermöglicht das
Netzwerk einen über
weite Bereiche konstanten Dollarwert pro Einheitslänge der Übertragungsstrecke.
Das DON ist im Wesentlichen linear mit Blick auf die Kosten bezüglich der
optischen Übertragungsstrecke
oder der Verbindungsentfernung, was bei analogen optischen Netzwer ken
nicht gilt. Die Kosten pro Kilometer werden durch die Gesamtkosten
des Netzwerkes geteilt durch die Anzahl der Knoten (Endgeräte) gemessen.
Das DON vergrößert die
Anzahl der Knoten, während
die Kosten des Netzwerkes sinken. Zehntens ist das Netzwerk in der
Lage, TxPIC- und RxPIC-Module bereitzustellen, die zusätzliche
Signalkanäle
auf den PICs bereitstellen, die nicht in Betrieb sind, bis sie vom
Carrier-Provider aufgrund entweder eines neuen und fortwährenden
Signalverkehrs an einer installierten Anordnung oder aufgrund eines
vorübergehend
ansteigenden Signalverkehrs während bestimmter
Zeitabschnitte angefordert werden. Auf diese Weise zahlt der Carrier
oder Service-Provider an den Equipment-Provider lediglich für die an
der installierten Anordnung zu einem bestimmten Zeitpunkt in Anspruch
genommene Kapazität,
das heißt,
er zahlt für
die vorübergehend
beanspruchten PIC-Signalkanäle.
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Ein
DON kann darüber
hinaus als WDM-System mit näher
aneinander angeordneten OEO-REGEN-Anordnungen (oder einer größeren Anzahl
hiervon in dem Netzwerk) definiert werden, als dies bei einem herkömmlichen
System der Fall ist, wodurch höhere
Einspeisleistungen oder kleinere Kanalabstände ermöglicht werden, wobei die höhere Frequenz
von OEO-REGEN-Anordnungen durch die niedrigeren OEO-Kosten, wie
vorstehend beschrieben, ermöglicht
wird. Wie bereits ausgeführt,
ermöglicht
die verringerte Entfernung zwischen REGEN-Anordnungen in einem DON,
dass die Entfernungen geringer werden, innerhalb derer sich nichtlineare
Beeinträchtigungen
ansammeln können,
bevor sie berichtigt werden. Hierdurch werden vorteilhafte Eigenschaften
hinsichtlich eines kleineren Kanalabstandes oder höherer Einspeisleistungen
ermöglicht.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
des digitalen optischen Netzwerkes im Zusammenhang mit der vorliegenden
Erfindung ist ein Netzwerk, bei dem eingesetzt werden: (i) ein kostengünstiges
PIC-Sender- oder Empfängermodul
beziehungsweise entsprechende Module für die Übertragungsschnittstellen in
dem System (an Endgeräten
oder REGEN-Anordnungen),
(ii) ein hochintegrierter Signalverarbeitungschip oder mehrere derartige
Chips und (iii) ein kostengünstiges
PIC-Modul beziehungsweise mehrere hiervon für Nebenschnittstellen. Dieses
DON-Endgerät
kann als endgültige
Endgerätearchitektur
dahingehend beschrieben werden, dass es die minimale Anzahl opto-elektronischer
und elektronischer Komponenten aufweist und daher die Vorteile geringer
Kosten bei höherer
Dichte bietet. Die minimalen Kosten sind durch die minimale Anzahl
von Komponenten bedingt, wodurch die Kosten aller Komponenten sinken.
Darüber
hinaus werden die Herstellungskosten des Systems verringert, da
die Anzahl der Komponenten verringert wird, wodurch die Kompliziertheit beim
Herstellungsprozess ebenfalls verringert wird. Ohne die verbesserte
Dichte dieser Module weisen die integrierten elektronischen Verarbeitungschips
einen beträchtlich
geringeren Wert auf oder können
gegebenenfalls überhaupt
nicht in einem System einsetzbar sein. Die Dichte der PICs schlägt sich
auf die verringerte Entfernung nieder, in der Hochgeschwindigkeitssignale
auf einem Board gereutet werden müssen, bevor sie den beabsichtigten
integrierten elektronischen Verarbeitungschip beziehungsweise mehrere
solche Chips erreichen. Ohne TxPIC- oder RxPIC-Chips müssen Kanalsignale
mit der Linerate des Systems über
erhebliche Entfernungen auf dem Board geroutet werden, was zu einer
wesentlichen Verschlechterung des Signals und zu gestiegenen Kosten
sowie zu einer gestiegenen Kompliziertheit des Boards selbst führt. Aus
diesem Grund ermöglichen
die PIC-Module die Verwendung kostengünstiger integrierter elektronischer
Verarbeitungschips in einem digitalen optischen Netzwerk.
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Im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist ein TxPIC-Chip in
seiner einfachsten Form ein monolithischer Halbleiterchip mit einer
integrierten Anordnung mehrerer verschiedene Wellenlängen aufweisender
direkt modulierter Quellen oder eine integrierte Anordnung mehrerer
verschiedene Wellenlängen
aufweisender Quellen in Kopplung mit einer integrierten Anordnung
von Modulatoren, wobei beide in der vorliegenden Offenbarung als
modulierte Quellen bezeichnet werden, in Kopplung mit einem Multiplexer
oder Kombinierer, wobei die Kopplung mittels monolithischer Integration,
Stoßkopplung,
Freiraumkopplung (Überluftkopplung)
mit aneinander angrenzenden optischen Elementen sowie mit Faserkopplung
erfolgen kann, wobei die Anzahl der Faserkopplungen mit Komponenten
gegenüber
dem Einsatz diskreter in Baugruppen untergebrachter Komponenten
(siehe 4) wesentlich verringert ist. Die Wellenlängenquellen
können
beispielsweise DBR-Laser, DFB-Laser oder abstimmbare DFB- oder DBR-Laser
sein. Die Modulatoren können
beispielsweise beliebige elektrooptische Modulatoren sein, darunter
Elektroabsorptionsmodulatoren (EAMs) oder Mach-Zehnder-Modulatoren
(MZMs). Der Multiplexer kann beispielsweise ein Sternkoppler, ein
MMI-Koppler, ein Schelle-Gitter-Koppler oder ein feldmäßig angeordnetes
Wellenleitergitter (AWG) sein. Ein RxPIC-Chip ist in seiner einfachsten
Form ein monolithischer Halbleiterchip mit einer integrierten Anordnung
mehrerer Fotodetektoren in optischer Kopplung mit einem integrierten
Demultiplexer oder Dekombinierer, wobei die Kopplung durch monolithische
Integration, Stoßkopplung,
Freiraumkopplung mit aneinander angrenzenden optischen Elementen
oder Faserkopplung erfolgen kann, und die Anzahl der Faserkopplungen
mit Komponenten im Vergleich zu demjenigen Fall wesentlich verringert
ist, in dem diskrete in Baugruppen untergebrachte Elemente (siehe 4)
eingesetzt werden. Die Fotode tektoren können beispielsweise PIN-Fotodioden,
Avalanche-Fotodioden (APDs), Metallfotodetektoren (MSMs) oder geschwindigkeitsangepasste
verteilte Fotodetektoren (VMDPs) sein. Der Multiplexer kann beispielsweise
ein Sternkoppler, ein MMI-Koppler, ein Schelle-Gitter-Koppler oder
ein feldmäßig angeordnetes
Wellenlängengitter
(AWG) sein. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist eine integrierte
Form der TxPIC- und
RxPIC-Module gezeigt. Darüber
hinaus ist eine stoßgekoppelte
Form dargestellt. Es sollte mit Blick auf das digitale optische
Netzwerk gleichwohl einsichtig sein, dass in gewissem Ausmaß auch eine
Freiraumkopplung oder eine Faserkopplung eingesetzt werden können.
-
Darüber hinaus
stellt das optische digitale Übertragungsnetzwerk
(DON) eine äußerst kostengünstige digitale
optisch-elektronisch-optische Kanalsignalaufbereitungsanordnung
(OEO-REGEN) bereit, was von in analogen Netzwerken verwendeten analogen
optischen Verzögerungskomponenten
zu unterscheiden ist, so beispielsweise optischen Faserverstärkern, umfassend
halbleitertechnische photonische integrierte Schaltungschips (PICs),
auf denen sämtliche
aktiven und passiven optischen Komponenten gegebenenfalls mit Ausnahme
einer zusätzlichen
nicht auf dem Chip untergebrachten Verstärkung integriert sind, sodass
sich die Formen der TxPIC- und RxPIC-Chips, siehe die vorstehende
Beschreibung, zusammen mit einer dazugehörigen elektronischen Schaltung
zur Durchführung
einer 2R-, 3R- oder 4R-Signalaufbereitung und einer notwendigen Überkreuzverbindung
ergeben. Der architekturtechnische Ansatz betreffend optische TxPIC-
und ein RxPIC-Module überwindet
den Flaschenhals, der durch die gestiegenen Kosten für die Telekommunikationsdiensteanbieter
bei fortgesetzter Verwendung herkömmlicher OEO-REGEN-Anordnungen
mit optischen Verstärkern
in optischen Übertragungsnetzwerken
entsteht, was in gewissem Ausmaß bereits
durch den Einsatz zwischengeschalteter analoger OO-Anordnungen in
dem optischen Übertragungsweg
erfolgt ist, die keine 2R- oder 3R- oder 4R-Funktionalität aufweisen.
Diese neue Vorgehensweise beruht darauf, dass digitale OEO-REGEN-Anordnungen
auf äußerst kostensparende
und wettbewerbsfähige
Weise umgesetzt werden können, ohne
dass OEO-REGEN-Anordnungen
oder Knoten oder OOO-REGEN-Anordnungen oder Knoten gravitiert oder
ersetzt werden müssten.
Dies bedeutet mit Blick auf die Lösungen Folgendes: Erstens,
für den
Fall, dass eine OEO-REGEN-Anordnung kostengünstiger implementiert werden
kann, ist die sich ergebende Systemarchitektur, die vollkommen auf
der Aufbereitung beruht, kostengünstiger
als bestehende Lösungen,
und dies bei sämtlichen
Reichweitenentfernungen bei beliebigen Kapazitäten des Netzwerkes. Durch den
Betrieb in elektrischer Form an jeder OEO-REGEN-Anordnung besteht
für das
optische Übertra gungsnetzwerk
nicht länger
die Notwendigkeit, an Hochleistungsspezifikationen angepasst zu
werden, die von den erweiterten Systemreichweiten herrühren. Die
Verwendung einer OEO-Aufbereitung verringert – häufiger als bei typischen optischen
Repeater-Systemen – die Anhäufung nichtlinearer
oder analoger Beeinträchtigungen.
Dies ermöglicht höhere Einspeisleistungen
oder eine höhere
Kanaldichte in einem DON im Vergleich zu den typischen OO-Repeater-Systemen,
so beispielsweise denjenigen, bei denen Hochleistungs-EDFAs zum
Einsatz kommen. Dies rührt
daher, dass sich die Beeinträchtigungen
nicht ansammeln oder vorhanden sind und daher bei einem Anstieg
der Einspeisleistungen mit Blick auf die digitalen OEO-REGEN-Anordnungen
auch nicht auftreten können.
Zweitens, durch den Betrieb in elektrischer Form ermöglicht man,
dass das optische Übertragungsnetzwerk
modular ausgestaltet werden kann, damit später hinzuzufügende Kapazitätsteigerungen
integriert werden können,
und zwar auch an bereits bestehenden optischen Verstärkeranordnungen,
weil optische Faserverstärkeranordnungen
die Anfangskosten beim Aufbau eines optischen Übertragungsnetzwerkes dominieren.
Anders gesagt, der Einsatz photonischer integrierter Schaltungschips
(PIC) mit IC-Chips ermöglicht
beim Betrieb im elektrischen Bereich, dass die Kosten für das Netzwerk
inkrementell als Funktion der benötigten Kapazität ansteigen,
damit den Anforderungen an den neuen Signalverkehr begegnet werden
kann. Drittens können
die Kosten für
das optische Netzwerk unabhängig
von der Übertragungsstrecke
oder der Längenskala
der Verbindung optimiert werden. Viertens wird im Allgemeinen keine
elektronische Glättung
benötigt,
wie dies im Fall analoger Systeme der Fall ist, wo Nichtlinearitäten der
optischen Übertragung
eine Verstärkungsglättung an
bestimmten Punkten erfordern, was dann optisch, jedoch auch elektronisch
vorgenommen werden kann, um eine vollständige Glättung zu erreichen.
-
Man
beachte, dass der in der vorliegenden Offenbarung dargebotene neue
architekturtechnische Ansatz als „digitales optisches Netzwerk" bezeichnet wurde,
was sich von analogen optischen Netzwerken mit optischen Komponenten
vom analogen Typ, so beispielsweise EDFAs unterscheidet, bei denen
verschiedene analoge Arten optischer analoger Beeinträchtigungen
auftreten (so beispielsweise OSNR mit zusätzlicher Rauschzahl (NF), GVD,
verzerrte Signalform, Signalpulsstromdislokationen aufgrund einer
verzerrten Taktung, PMD, ungleichmäßige Verstärkung im Signalspektrum oder
Gain-Tilt-Effekte), und dies trotz der von ihnen wahrgenommenen
wichtigen Systemfunktionen (Signalverstärkung). Man beachte zudem,
dass der Begriff „digitales
optisches Netzwerk" in
der Vergangenheit in einigen Patenten zur Bezeichnung optischer Übertragungsnetzwerke
unter Verwendung der SONET-Technik verwendet wurde, sowie für promulgierte
Kommunikationsprotokolle in derartigen Netzwerken. In diesem Sinne
bezeichnet die Terminologie teilweise die digitale Signalübertragung
im Gegensatz beispielsweise zur analogen Signalübertragung, wie sie beispielsweise in
der Vergangenheit bei elektronischen Signalübertragungssystemen eingesetzt
wurde. In der vorliegenden Druckschrift kann die Bezugnahme auf
ein „digitales
optisches Netzwerk" oder
DON auch derart gemeint sein, dass hierbei keine kostenintensiven
dem Netzwerk hinzugefügten
optischen Berichtigungskomponenten zum Ausgleich analoger Signalbeeinträchtigungen
eingesetzt werden müssen,
wie dies beispielsweise bei der Erreichung einer dynamischen Verstärkungsglättung, eines
abstimmbaren Dispersionsausgleichs, von Gefälletrimmungsdispersionsausgleichsmodulen
und einem PMD-Ausgleich der Fall ist. Anders gesagt ist die Vorgehensweise
bei dem DON nicht durch die üblichen
Beschränkungen
analoger Netzwerke belastet.
-
Wie
bereits erläutert
wurde, ist die grundlegende Baueinheit des digitalen optischen Netzwerkes
die photonische integrierte Schaltung (PIC), und zwar sowohl für den optischen
Sender wie auch für
den optischen Empfänger.
Diese Vorrichtung erleichtert den Einbau mehrerer EO- oder OE-Komponenten,
um eine Mehrzahl von WDM-Kanälen
auf einem Halbleiter-PIC-Chip zu handhaben. Die vergrößerte Anzahl
von Komponenten auf dem Chip verringert die Anzahl von Baugruppen
drastisch, die in einem optischen Netzwerkmodul von Nöten sind,
und verringert daher radikal die Kostenstruktur des Netzwerkes,
in dem Module mit ihren diskreten Vorrichtungen und die optischen
Faserkopplung die Hauptkostenträger
des optischen Netzwerkes darstellen.
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Die äußerst kostengünstigen
OEO-REGEN-Anordnungen in einem digitalen optischen Netzwerk erlauben
das Hinzunehmen kostengünstiger
2R- oder 3R- oder zukünftiger
4R-Aufbereitungseinrichtungen
im Netzwerk. Diese kostengünstigen
Aufbereitungseinrichtungen im Netzwerk sind mit Blick auf ihre Kosten
mit optischen Verstärkern
(EDFAs, Raman-Verstärkern,
SOAs und dergleichen) wettbewerbsfähig und stellen dann eine geeignete
Ersetzung dieser Vorrichtungen in einem optischen Übertragungsnetzwerk
dar. Daher kann ein digitales optisches Netzwerk mehr OEO-REGEN-Anordnungen
oder Endgeräteanordnungen
in einem optischen Übertragungsnetzwerk
enthalten, als dies bei einem herkömmlichen Netzwerk beispielsweise von
dem in 2 gezeigten Typ der Fall ist. Diese Anordnungen
können
einige oder sämtliche
optischen Verstärkeranordnungen
des herkömmlichen
Netzwerkes ersetzen.
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Darüber hinaus
führt das
Vorhandensein von OEO-REGEN-Anordnungen in dem Netzwerk zu einer Verringerung
der Gesamtentfernung, die das optische Informationssignal in dem
Netzwerk zurücklegen
muss, bevor eine Aufbereitung erfolgt. Aufgrund der effektiv niedrigen
Kosten der OEO-REGEN-Anordnungen in dem Netzwerk kann die Anzahl
kostenintensiver zum Einsatz kommender bidirektionaler EDFAs drastisch
verringert werden. Wo dennoch erwünscht ist, dass EDFAs in dem
Netzwerk zum Einsatz kommen, kommen weniger kostenintensive EDFAs
mit wesentlich geringeren Spezifikationen zum Einsatz, so beispielsweise
mit verringerten Leistungskennwerten (beispielsweise hohe Leistungsanforderungen
hinsichtlich Verstärkungsglättung, Verstärkung, Sättigungsausgangsleistung,
geringere Qualität
hinsichtlich Übergangsantwort
und dergleichen mehr). Derartige EDFAs sind erheblich kostengünstiger
als herkömmliche
EDFAs, die in heutzutage üblichen
Netzwerken eingesetzt werden, da nunmehr lediglich ein Verstärker mit
weniger hoher Übergangssteuerungsantwort
hergestellt werden muss. Folglich werden die Kosten eines hybriden
digitalen optischen Netzwerkes weiter verringert, indem derartige
Verstärkervorrichtungen
eingesetzt werden. Da kostenintensive herkömmliche EDFAs in dem digitalen
optischen Netzwerk der vorliegenden Erfindung nicht von Nöten sind,
werden die Hauptkostenverursacher für das optische Netzwerk zahlenmäßig verringert.
Die Hauptverursacher von Kosten in dem Netzwerk stellen die Aufbaukosten
für das
System dar, die für
sämtliche
verfügbaren
Signalkanäle
zu erbringen sind, sodass letztendlich die Kosten verringert werden.
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Das
vermehrte Vorhandensein kostengünstiger
OEO-REGEN-Anordnungen in einem optischen Übertragungsnetzwerk ermöglicht eine
verbesserte Leistungsüberwachungsfähigkeit,
Flexibilität
und Skalierbarkeit an jedem Endgerät und jeder Aufbereitungsanordnung,
das heißt
eine kostengünstige
und einfache Möglichkeit
für das
Add/Drop, Switching, Routing oder Grooming von Kanälen an der
digitalen OEO-REGEN-Anordnung. In herkömmlichen Netzwerken mit zahlreichen
EDFAs besteht die einzige Art der optimalen Bestimmung der Bitfehlerrate
des übertragenen
Signals in der Überwachung
des OSNR. In einer OEO-REGEN-Anordnung hingegen kann die Bitfehlerrate
direkt gemessen werden, wie auch die Untersuchung einer Vielzahl
anderer SONET-Leistungsüberwachungskriterien
auf Basis des SONET-Protokolls erfolgen kann. An OEO-REGEN-Anordnungen
ist das Signal in elektronischer Form zugänglich, was die Wahrnehmung
der vorgenannten Funktionalitäten
auf kostengünstige
Weise unter Verwendung herkömmlicher
elektronischer Schaltungen ermöglicht,
wodurch auch die im Netzwerk erfolgende Erfassung und Lokalisierung
von Fehlern möglich
wird. Aus diesem Grunde werden die zusätzliche Funktionalität, Flexibilität und Skalierbarkeit
in dem digitalen opti schen Netzwerk erleichtert. Eine derartige
Funktionalität
ist für
Carrier-Service-Provider sehr nutzbringend. So ermöglicht das
digitale optische Netzwerk beispielsweise, dass der Carrier das
Netzwerk an veränderliche
Verkehrsanforderungen anpasst und optimiert, und er erhöht die Anzahl
von Anordnungen, die Kanäle
hinzufügen beziehungsweise
herausnehmen können,
drastisch, wodurch das Backhauling von Verkehr in einem optischen Übertragungsnetzwerk
minimiert oder gar beseitigt wird, was wiederum mehr Kundenfreundlichkeit
mit sich bringt. Darüber
hinaus ermöglicht
die Fähigkeit
des Switching, Routing und Grooming im elektrischen Bereich den
Aufbau von Netzwerkarchitekturen, die derzeit aus wirtschaftlichen
Gründen
mit herkömmlichen
Netzwerken, so beispielsweise mit Add/Drop-Anordnungen, nicht realisierbar
sind.
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Die Übertragungskanäle, die
in einem digitalen optischen Netzwerk zum Einsatz kommen, sind mit
wenigstens einer minimalen Anzahl von Signalkanälen versehen. Dieses Minimum
ergibt sich zwangsweise aus der minimalen Anzahl von Kanälen auf
jedem TxPIC und RxPIC, die in dem digitalen optischen Netzwerk eingesetzt
werden. Jedes Endgerät
des digitalen optischen Netzwerks beziehungsweise jede REGEN-Anordnung
kann mehrere TxPICs und/oder RxPICs umfassen, die multiplexiert
beziehungsweise demultiplexiert werden, um so die Gesamtfähigkeit
bezüglich Übertragung
und Aufbereitung im Netzwerk bereitzustellen. Die Anzahl der Kanäle auf einem
TxPIC-Chip oder einem RxPIC-Chip ist eine Funktion einer Reihe von
Faktoren, darunter unter anderem die Kosten der PIC-Chips, die Kosten
der in einer Baugruppe untergebrachten PIC-Chips, die Anzahl der Kanäle, die
auf einem Submodulboard untergebracht werden können, die Architektur der optischen
Verbindungsstrecke und die Granularität (Parzellierbarkeit) der Kanäle, die
ein Kunde dem Netzwerk mit der Zeit hinzuzufügen wünscht. Typische Kanalzahlen,
die in einem TxPIC oder RxPIC integriert werden können, können bis
zu 40 Kanäle
sein und vervielfachen sich stark durch die Kombination einer Mehrzahl
derartiger PIC-Chips in einem optischen Sender-Empfänger-Modul
auf Hunderte von Kanälen.
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Mit
Blick auf die Überwachung
der Leistung ermöglicht
das digitale optische Netzwerk der vorliegenden Erfindung erstmalig
eine verbesserte Zugänglichkeit
zu mehr Punkten in dem optischen Netzwerk, als dies vorher der Fall
war, und zwar dadurch, dass die Fähigkeit des Nachweises der
Bitfehlerrate in einem beliebigen Kanal an einem beliebigen Punkt
der Übertragungsstrecke
möglich
ist, wo sich beispielsweise ein installierter optischer Verstärker oder
eine andere digitale OEO-REGEN-Anordnung (DON) befand. Fernübertragungssysteme
halten das Signal für
600 bis 3200 km in optischer Form, und daher ist das Ausfindigmachen
einer Verschlechterung der Signalgüte äußerst schwierig, was mit schwerwiegenden
Beeinträchtigungen
bei der Herstellung annehmbarer optischer Fernübertragungssysteme verbunden
ist. Die Möglichkeit,
die durch ein OEO-REGEN-DON
oder DON mit REGEN-Anordnungen zum Nachweis der Fehlerrate in einem
beliebigen Kanal am Ende jeder Übertragungsstrecke
oder einer geringen Zahl von Übertragungsstrecken
bereitsteht, ist ein wesentlicher Vorteil bei der Verwaltung des
Netzwerkes und der Isolierung der Fehlerrate sowie auch bei anderen Übertragungsproblemen.
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Der
Einsatz eines digitalen optischen Netzwerkes (DON) entsprechend
der vorliegenden Erfindung ermöglicht
darüber
hinaus ein einzigartiges Aktualisierungsverfahren. Die Möglichkeit,
dass das digitale optische Netzwerk zusätzliche Übertragungskapazitäten oder
Netzwerkfunktionalitäten
sehr kostengünstig
bereitstellen kann, führt
zu der Möglichkeit,
ein einzigartiges Aktualisierungsverfahren für ein digitales optisches Netzwerk anzubieten.
Ein derartiges Verfahren umfasst die Bereitstellung einer minimalen
Funktionalität,
die der Kunde nachfragt, in einem optischen Übertragungsnetzwerk, jedoch
auch einer zusätzlichen
Kanal- und Signalverarbeitungsfunktionalität bezüglich Hardware und Software
des Netzwerkes. Die Möglichkeit
der Bereitstellung einer derartigen zusätzlichen Funktionalität ist durch
die äußerst kostengünstige Natur
des digitalen optischen Netzwerkes gegeben. Ein Kunde, so beispielsweise
ein Carrier-Service-Provider, wird üblicherweise am Anfang nicht
die komplette Kapazität
oder Funktionalität
benötigen,
die ein digitales optisches Netzwerk mit mehreren chipintegrierten
Wellenlängensignalkanälen bereithält. Daher
ist das digitale optische Netzwerk üblicherweise derart ausgestaltet,
dass es das Hinzufügen
zusätzlicher
Hardware zulässt,
damit zukünftigen
Anforderungen des Service-Providers begegnet werden kann. Dagegen
kann, wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, der Einsatz eines
digitalen optischen Netzwerkes entweder mit Blick auf den Aufbau
eines neuen Netzwerkes oder mit Blick auf die Aktualisierung eines
bestehenden Netzwerkes derart ausfallen, dass bereits eine größere Hardware-
und Softwarefunktionalität
integriert ist, als dies der Kunde unmittelbar anfordert. Dies rührt daher,
dass die anfänglichen
Herstellungskosten für
TxPIC- oder RxPIC-Chips
mit einer größeren Kanalkapazität als ursprünglich angefordert
keine wesentlich höheren
Kosten bei der Herstellung derartiger Halbleitertyp-PIC-Chips darstellen.
Dies ist durch die einzigartige kosteneffektive Natur von Mehrkanal-PIC-Chips
bedingt, die in einem digitalen optischen Netzwerk zum Einsatz kommen.
So kann beispielsweise ein Kunde nur einige optische Datenkanäle anfordern,
auf denen eine Übertragung
in dem digitalen optischen WDM-Netzwerk erfolgen soll, obwohl die
PIC-Chips eine größere Kanalkapazität beinhalten,
die 10 oder 20 oder mehr Kanäle übertragen
kann. Zum Zeitpunkt des Einbaus in das optische Übertragungsnetzwerk benötigt der
Kunde die zusätzliche
Kapazität
nicht, die bereits durch die in Baugruppen untergebrachten PIC-Chip-Module bereitgestellt
ist, sodass am Anfang nicht sämtliche
Kanäle
aktiviert oder in Betrieb genommen werden müssen. Auf diese Weise können zusätzliche
inaktive Kanäle,
die bereits in den Geräten
eines Carrier-Service-Providers vorgesehen und nicht in Betrieb
sind, während
eines maximalen Signalverkehrs aktiviert werden, was beispielsweise über eine
Leasingvereinbarung erfolgen kann, infolge derer inaktive Signalkanäle entsprechend den
Verkehrsanforderungen aktiviert werden und Signalkanäle mit einem
Abflauen der Verkehrsanforderungen inaktiviert werden. Im Ergebnis
zahlt der Provider nur für
die tatsächlich
genutzten Signalkanäle
während der
Leasingzeitspannen, so beispielsweise auf einer monatlichen Leasingbasis.
Dieser Lösungsansatz
versetzt den Carrier-Provider in die Lage, mit minimalen Kosten
für den
Betrieb der Leasinggeräte
konfrontiert zu sein, und ermöglicht
darüber
hinaus eine steuerrechtlich optimierte Kosten-Abschreibungs-Bewertung
der Geräte.
Es handelt sich hierbei auch um eine kosteneffektive Lösung für eine spätere Aktualisierung
der Kanalkapazität,
da die Herstellung von TxPIC- und RxPIC-Chips mit einer zusätzlichen
integrierten Kanalkapazität nicht
allzu kostenintensiv ist. Auf ähnliche
Weise kann der Fall gegeben sein, dass der Kunde anfänglich am Ort
des Einbaus die Möglichkeiten
hinsichtlich Add/Drop, Switching, Routing und Grooming, die ein
digitales optisches Netzwerk bereitstellen kann, nicht benötigt. Diese
Funktionen können
vor Ort später
aktiviert werden, und zwar über
eine nicht allzu kostenintensive Erweiterung der Dienste, die in
dem digitalen optischen Netzwerk angeboten werden. Die zusätzlichen
Möglichkeiten
können
einfach hinzugefügt
werden, da die Kanalsignale in elektrischer Form vorliegen.
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Darüber hinaus
kann zusätzliche
Hardware und Software beim anfänglichen
Aufbau des Netzwerkes integriert werden, die zum Zeitpunkt des Aufbaus
nicht aktiviert ist. Gleichwohl kann im Netzwerk Hardware und Software
für den
Kunden zu einem späteren
Zeitpunkt durch Hardware- und/oder Softwareaktualisierungen freigeschaltet
werden. Diese Aktualisierungen der Systemkapazität können beispielsweise durch Schlüssel, Passcodes
oder Passwörter
ermöglicht
werden. Bei einem derartigen Verfahren kann der Einsatz mit zusätzlichen,
jedoch nicht verwendeten Kapazitäten
und Funktionalitäten
zu einem geringen Aufpreis beim anfänglichen Verkauf und Aufbau
des Netzwerkes führen.
Eine spätere
Aktivierung der latenten Kapazitäten und/oder
Funktionalitäten
des digitalen optischen Netzwerkes erfolgt durch Aktualisierung
des vorher aufgebauten Netzwerkes, indem der Kunde in die Lage versetzt
wird, auf die zusätzliche
vorhandene, jedoch nicht aktivierte Kapazität oder Funktionalität zuzugreifen,
wobei der Verkäufer
des digitalen optischen Netzwerkes in die Lage versetzt wird, einen
beim anfänglichen
Verkauf diskontierten Preis beim Einsatz des digitalen optischen
Netzwerkes auszugleichen.
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Der
Einsatz eines Verfahrens wie des eben beschriebenen ist aus einer
Mehrzahl von Gründen
von Vorteil. Zunächst
einmal ist ein genaues Zusammenpassen der kundenseitig angeforderten
Kapazität
und der Anzahl der Kanäle,
die in einem gegebenen optischen Netzwerk hinzugefügt werden, äußerst unwahrscheinlich.
Dies gilt insbesondere unter Berücksichtigung
der Funktionalität,
die an verschiedenen Orten oder Knoten geplant oder bereits aufgebaut
ist. Das Verfahren versetzt den Verkäufer des digitalen optischen
Netzwerkes in die Lage, Profite aus der zusätzlichen Funktionalität zu schlagen,
die anfänglich
nicht vom Kunden angefordert worden sind. Zweitens versetzt das
Geschäftsmodell
den Verkäufer
des digitalen optischen Netzwerkes in die Lage, auf günstige Weise
mit Wettbewerbern in Wettbewerb zu treten, die ein bestehendes Netzwerk betreuen,
das vor Ort beim Kunden bereits aufgebaut ist. In einer derartigen
Situation verkauft der Wettbewerber eine inkrementelle Kapazität an den
Kunden. Der Verkäufer
des digitalen optischen Netzwerkes, der üblicherweise am Anfang nicht
nur die Kanäle
implementieren, sondern auch die üblichen Übertragungsgerätschaften
bereitstellen muss, kann dann sein Erzeugnis äußerst wettbewerbsfähig mit
der herkömmlichen
Lösung
des Wettbewerbers zusammen vermarkten, was zu einer feineren Parzellierbarkeit
des Einsatzes, das heißt
einem diskreten Kanalaufbau für
die gegenwärtigen
Kundenanforderungen, jedoch auch zu höheren Kosten pro Kanal im Vergleich
zum Fall eines digitalen optischen Netzwerkes führt. Der verlorene Gewinn mit Blick
auf das digitale optische Netzwerk kann vollständig oder zumindest teilweise
durch das Aktivieren zusätzlicher
Kanäle
oder Funktionalitäten
in dem Netzwerk ausgeglichen werden, wenn der Kunde eine derartige
Kanalkapazität
in der Zukunft anfordert (Man beachte, dass der Verlust eines Transponders
oder Sender-Empfängers
durch den Service-Provider durch die Ersetzung durch ein System
höherer
Kapazität
ein starker Kostenverursacher im Vergleich zum Hinzufügen zusätzlicher
PIC-basierter Kanäle
zu einer bestehenden PIC-Modulanordnung
ist). Drittens macht es, sobald das digitale optische Netzwerk eingesetzt
ist, das Verfahren schwierig, dass ein Wettbewerber Aktualisierungen
(Upgrades) an den Mann bringt. Derartige Wettbewerber sind genötigt, zusätzliche
Hardware und Software einzusetzen, während das vorgenannte Verfahren
zusätzliche
Software und gegebenenfalls ein Minimum an zusätzlicher Hardware benötigt, da
die Hauptbestandteile der Hardware bereits seit dem Aufbau zu Anfang
vor Ort sind. Daher sind die Kosten für zusätzliche Kapazitäten und/oder
Funktionalitäten
in einem digitalen optischen Netzwerk sehr viel geringer, als dies
für den
Wettbewerber der Fall ist, und können
preislich derart bemessen werden, dass das zukünftige Geschäft von der bereits
installierten, jedoch noch nicht aktivierten Hardware des digitalen
optischen Netzwerkes bestimmt wird. Viertens und letztens verringern
sich die Zeit, die Ressourcen, die Betriebskosten und das Risiko
von Einsatzfehlern beträchtlich,
da die zusätzliche
Hardware und Software, die in dem digitalen optischen Netzwerk noch zu
aktivieren ist, bereits vorher vorhanden war. Kunden, so beispielsweise
Carrier-Service-Provider, begreifen dies als einen herausragenden
Vorteil des digitalen optischen Netzwerkes und zahlen gegebenenfalls
eine Prämie
für die
latenten Fähigkeiten
des Netzwerkes oder ziehen eine Aktivierung der latenten Fähigkeit
gegenüber
dem Hinzufügen
neuer Hardware und Software aus einer anderen Quelle vor.
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Es
wird erneut auf 5 verwiesen, die eine grafische
Darstellung des Abfalls der Preise für optische Übertragungen (Kosten) auf einer
Route von 100 km darstellt. Wie durch Linie 75 angedeutet
ist, erfährt
die Kosteneffektivität
des digitalen optischen Netzwerkes entsprechend der vorliegenden
Erfindung eine merkliche Abweichung nach unten, was im Wesentlichen
durch eine Verringerung der Kosten bei der Herstellung eines TxPIC-Chips und eines RxPIC-Chips
bedingt ist, die vollständig
als monolithische Chips ausgebildet sind, die sämtliche notwendigen Komponenten
für die
Erzeugung eines Signallichtes, die Signalmodulation und die Signalkombination
und/oder die Signaldekombination sowie die Erfassung enthalten,
die als photonische integrierte Schaltungen (PICs) auf einem halbleiterbasierten
Chip, insbesondere einem InP-substratbasierten Chip, gegeben ist.
Der TxPIC und der RxPIC können
auf einem einzigen PIC-Chip ausgebildet sein, oder sie können in
Form getrennter PIC-Chips realisiert sein.
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Über das
Vorgesagte hinausgehend betreffen andere Merkmale der vorliegenden
Erfindung das Ersetzen analoger optischer Netzwerkanordnungen, so
beispielsweise von EDFA-Anordnungen, durch digitale optische Netzwerkanordnungen
mit optischen TxPIC- und
RxPIC-Chipmodulen der vorliegenden Erfindung. In diesem Zusammenhang
wird auf 6A bis 6D verwiesen,
die eine einfache Ansicht des Fortschrittes darstellen, der während der
vergangenen Jahre mit Blick auf optischen Übertragungssysteme und Netzwerke erfolgt
ist, wodurch in gewisser Hinsicht eine Zusammenfassung der vorhergehenden
Diskussion im Zusammenhang mit 1 und 2 gegeben
ist. So fingen, wie in 6A gezeigt ist, optische Übertragungsnetzwerke
anfänglich
als Einzelsignal an, das in OEO-REGEN-Anordnungen 80 aufbereitet
wurde, die in Entfernungen von etwa 80 km entlang des optischen Übertragungsweges
angeordnet waren. Die Netz werkarchitektur umfasst eine Reihe kostenintensiver
OEO-REGEN-Anordnungen in der optischen Übertragungsstrecke. Mit dem
Auftauchen von WDM-Systemen, siehe 6B, und
dem Einbau von annähernd
drei bis fünf
EDFAs 82 entlang der optischen Übertragungsstrecke konnte die
Entfernung zwischen kostenintensiven OEO-REGEN-Anordnungen 80 vergrößert werden.
Diese Entfernung nahm, wie in 6C gezeigt
ist, zu, sodass annähernd
zehn oder mehr optische Verstärker 82 entlang
der Länge
der optischen Übertragungsstrecke
angeordnet waren, bevor wieder eine OEO-REGEN-Anordnung, siehe Bezugszeichen 80,
auftrat. Wie vorstehend bereits erläutert, besteht ein Trend dahingehend,
die Übertragungsstreckenentfernung
auf immer größere Entfernungen
auszudehnen, bevor irgendeine notwendige Signalaufbereitung erfolgen
soll, wie auch dahingehend, Systeme zu entwickeln, die eine Signalaufbereitung
vollständig
oder nahezu vollständig
in optischer Form vornehmen, damit der kostenintensive Einsatz von
OEO-REGEN-Anordnungen vermieden wird. Dieser Trend ist jedoch, wie
die vorliegende Erfindung lehrt, weder notwendig, noch wünschenswert,
da kosteneffektive und wettbewerbsfähige digitale OEO-REGEN-Anordnungen 84,
wie in 6D gezeigt, zu wenigstens einem
Zehntel der Kosten früher
eingesetzter OEO-REGEN-Anordnungen 80 bereitgestellt werden
können.
Auf diese Weise wurden digitale OEO-REGEN-Anordnungen 84 beim
Auftauchen EDFA-betriebener WDM-Systeme voll einsatzfähig.
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Die
architekturtechnischen Lösungsansätze der
vorliegenden Erfindung ermöglichen
eine größere Flexibilität, und zwar
sowohl bei OEO-REGEN-Anordnungen wie auch bei OO-Anordnungen bei
einer Aktualisierung derselben zum Zwecke der Bereitstellung einer
zusätzlichen
Funktionalität
in Abhängigkeit
von lokalen Kapazitätsanforderungen,
so beispielsweise der Bereitstellung einer neuen oder zusätzlichen
3R- oder 4R-Funktionalität,
sowie der Funktionalitäten
Add/Drop, Switching, Routing und Grooming, wodurch auch Backhauling-Anforderungen
verringert werden.
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Ein
weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht in der Beseitigung
einiger, wenn nicht sogar aller analoger optischer Komponenten durch
den Einsatz eines digitalen optischen Netzwerkes der vorliegenden
Erfindung, umfassend die Beseitigung des Bedarfes beziehungsweise
der Notwendigkeit von Dispersionsausgleichskompensatoren (DC), PMD-Kondensatoren,
Verstärkungsglättungsfiltern
und Glättern,
VOAs, optischen Schaltern und OADMs, breitbandig abstimmbaren Halbleiterlasern,
komplexen OOO-REGEN-Anordnungen
und optischen Verstärkern
anderer Bänder
(S-Band oder L-Band). Derartige optische Komponenten werden teilweise
in der Veröffentlichung
der
US-Patentanmeldung
2002/0044722A1 (OADM), in dem
US-Patent 6,363,18381 (OADM), in dem
US-Patent 6,169,61681 (OADM),
in dem
US-Patent 5,385,36481 (optisches Switching),
in dem
US-Patent 6,335,819B1 (OOO-REGEN-System),
in der Veröffentlichung
der
US-Patentanmeldung
2001/0053008A1 (rein optische Aufbereitung), in der Veröffentlichung
der
US-Patentanmeldung 2002/0015201A1 (Erweiterung
der Ausbreitung des Netzwerkkanals mit EDFAs, die mit VOAs eingesetzt
werden) beschrieben.
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Ein
weiteres Merkmal besteht in der Vereinfachung der zusätzlichen
Parzellierbarkeit betreffend die Wellenlänge oder die Kanalskalierung,
um ein inkrementelles Anwachsen der Kanalkapazität zwischen zwei beliebigen
REGEN-Anordnungen durch die von der vorliegenden Erfindung ermöglichte
Modularitätsfähigkeit der
PICs bereitzustellen.
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Ein
weiteres Merkmal der Architektur der vorliegenden Erfindung besteht
in der Beseitigung der Anforderung kostenintensiver diskreter abstimmbarer
DFB-Laser und eines rein optischen Switchings.
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Ein
weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die merkliche Beseitigung
der Anzahl der Faserverbindungen, die in einem optischen Sender,
Empfänger
oder Transponder erforderlich ist, sodass die Effizienz und der
optische Einfügungsverlust
stark verbessert werden können,
wobei gleichzeitig die Herstellungskosten und der Herstellungsaufwand
stark vermindert werden können,
so beispielsweise die erforderliche Zeit sowie die mit der Ausrichtung
der diskreten aktiven und passiven optischen Komponenten einhergehenden Kosten
(siehe in diesem Zusammenhang 4).
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Ein
weiteres Merkmal der Architektur der vorliegenden Erfindung besteht
in der Beseitigung der Notwendigkeit gegebenenfalls einer chipintegrierten
oder chipexternen Verstärkung
mittels EDFAs, die bandbreitenbeschränkt sind, sowie mittels SOAs
in bestimmten Situationen, wobei in jedem Fall der Energieumsatz
des PIC-Chips stark zunimmt. Demgegenüber ermöglicht der Gegenstand der vorliegenden
Erfindung die Verwendung des vollen IR-Bandbreitenbereiches der
optischen Fasern, so beispielsweise von etwa 1250 nm bis ungefähr 1650
nm, und zwar durch den Einsatz der digitalen OEO-Signal-REGEN-Anordnungen.
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Ein
weiteres Merkmal besteht darin, dass der Einsatz kostengünstiger
digitaler OEO-REGEN-Anordnungen
der vorliegenden Erfindung die Identifizierung, Isolierung und Lokalisierung
von Fehlern in dem Netzwerk einfacher macht, da die Übertragungsstreckenlängen zwischen
den REGEN-Anordnungen nunmehr kosteneffektiv kleiner sind. Dies korreliert
mit der Tatsache, dass mit dem Einsatz derartiger OEO-REGEN-Anordnungen
das Netzwerk natürlich
mehr Orte aufweist, an denen eine Leistungsüberwachung der Kanalsignale
in elektrischer Form möglich
ist.
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Ein
weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht in der verbesserten
Fähigkeit
der leichteren Aktualisierung der Kapazität der digitalen REGEN-Anordnungen
durch einfaches Hinzufügen
zusätzlicher
RxPICS und TxPICs, die mit bestehenden RxPICs und TxPICs, die bereits
in den REGEN-Anordnungen vorhanden sind, verschachtelt werden, um
die Kanalkapazität
zwischen zwei beliebigen REGEN-Anordnungen des digitalen optischen
Netzwerkes zu erweitern.
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Ein
weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung betrifft ein Geschäftsmodell
zur Bereitstellung eines digitalen optischen Netzwerkes, bei dem
zusätzliche
Netzwerkkapazität
und Funktionalität
für eine
zukünftige Verwendung
aufgrund der Halbleiterchipnatur der eingeschlossenen zusätzlichen
Signalkanäle
auf TxPIC- und RxPIC-Chips zu einem späteren Zeitpunkt am Ort des
Aufbaus des optischen Übertragungsnetzwerks
bereitgestellt werden können.
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Ein
weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung betrifft die Bereitstellung
eines digitalen optischen Netzwerkes, das die Notwendigkeit eines
Dispersionsausgleiches (DC), eines PMD-Ausgleichs, von Verstärkungsglättungsfiltern
und einer Verstärkungsglättung, optischer
Schalter und OADMs, diskreter abstimmbarer Laserquellen und anderer
analoger Hochleistungsbandverstärker,
so beispielsweise von Faserverstärkern,
beseitigt.
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Es
ist im Bereich der Physik vergleichsweise einfach zu verstehen,
dass es schwieriger ist, Photonen handzuhaben oder „herumzuschieben", als dies bei Elektronen
der Fall ist, was insbesondere mit Blick auf das optische Schalten
oder Überkreuzverbinden
gilt. Der Grund hierfür
besteht darin, dass Photonen einen höheren Impuls als Elektronen
aufweisen und daher mehr Energie im Umgang mit ihnen auftritt. Es
ist daher einfacher, mit Elektronen umzugehen, als mit Photonen,
und zwar insbesondere mit Blick auf Funktionen, bei denen eine große Menge
von Energie zur Verarbeitung der Lichtausbreitung, was beispielsweise
beim optischen Switching der Fall ist, auftritt.
-
Weitere
Aufgaben und Errungenschaften zusammen mit einem tiefergehenden
Verständnis
der Erfindung erschließen
sich durch Bezugnahme auf die nachfolgende Be schreibung und den
Anspruchssatz, der in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung
zu betrachten ist.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnung
-
Die
Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile bezeichnen,
setzt sich wie folgt zusammen.
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1 ist
eine schematische Ansicht eines ersten optischen Übertragungsnetzwerkes
aus dem Stand der Technik.
-
2 ist
eine schematische Ansicht eines zweiten optischen Übertragungsnetzwerkes
aus dem Stand der Technik.
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3A bis 3E sind
grafische Darstellungen der Wirkungen von Nichtlinearitäten und
anderen optischen Beeinträchtigungen
eines übertragenen
optischen Kanalsignals im Stand der Technik.
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4 ist
eine schematische Ansicht der Details eines optischen Tx-Moduls
und eines optischen Rx-Moduls, das in dem Netzwerk von 2 zum
Einsatz kommt.
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5 ist
eine grafische Darstellung der Kostenvarianz pro Signalkanal verschiedener
eingesetzter optischer Übertragungsnetzwerke
in Abhängigkeit
von der Zeit.
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6A bis 6D sind
schematische Darstellungen des Einsatzes optischer Übertragungsnetzwerke während der
annähernd
letzten zehn Jahre, wobei zudem dargestellt ist, wie die hier offenbarte
Architektur das Netzwerk letztendlich wie das ursprüngliche
optische Übertragungsnetzwerk
aussehen lässt,
dies jedoch zu viel niedrigeren Herstellungskosten, mit einer höheren Kapazität, einer
höheren
Anordnungsdichte der Geräte und
einer höheren
optischen Integration.
-
7 ist
eine schematische Darstellung des optischen Übertragungsnetzwerkes der vorliegenden
Erfindung.
-
8 ist
eine schematische Darstellung einer 3R-Kreuzungsanordnung (Switching),
die bei der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt.
-
9 ist
eine schematische Darstellung einer 3R-A/D-Anordnung, die bei der
vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt.
-
10 ist
eine schematische Darstellung eines städtischen Ringnetzwerks (Metroringnetzwerkes), das
bei der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt.
-
11 ist
eine schematische Darstellung eines regionalen Ringnetzwerkes, das
bei der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt.
-
12 ist
eine schematische Darstellung eines TxPIC-Chips, der bei der Architektur
und der praktischen Umsetzung der Architektur der vorliegenden Erfindung
zum Einsatz kommt.
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13 zeigt
das schematische Layout des TxPIC-Chips von 12.
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14 ist
eine schematische Darstellung eines RxPIC-Chips, der bei der Architektur
und der praktischen Umsetzung der Architektur der vorliegenden Erfindung
zum Einsatz kommt.
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15A bis 15G sind
eine Reihe von Darstellungen, wo verschiedene alternative Ausgestaltungen
für die
TxPICs und die RxPICs gezeigt sind, die bei der Architektur und
praktischen Umsetzung der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen.
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16 ist
eine schematische Darstellung einer 3R-OEO-REGEN-Anordnung, die
bei der Architektur und praktischen Umsetzung der vorliegenden Erfindung
zum Einsatz kommt.
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16A ist eine schematische Darstellung digitaler
3R-REGEN-Anordnungen, die entlang einer optischen Übertragungsstrecke
zum Einsatz kommen.
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17 ist
eine schematische Darstellung einer OEO-REGEN-Anordnung, die für die Funktionen
A/D, Switch/Route, Multiplexing und Signalgrooming ausgelegt ist
und bei der Architektur und praktischen Umsetzung der vorliegenden
Erfindung zum Einsatz kommt.
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18 ist
eine detailliertere beispielhafte Veranschaulichung der Merkmale,
die die Architektur des digitalen optischen Netzwerkes der vorliegenden
Erfindung kennzeichnen.
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19 ist
eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführung des
optischen Übertragungsnetzwerkes
von 7.
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20 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Architektur des digitalen optischen Netzwerkes der vorliegenden
Erfindung unter Verwendung mehrerer TxPIC- und RxPIC-Chips.
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21 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel
des digitalen optischen Netzwerkes der vorliegenden Erfindung an
einem Netzwerkendgerät.
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22 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel
des digitalen optischen Netzwerkes der vorliegenden Erfindung an
einer OEO-REGEN-Anordnung des Netzwerkes.
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Detailbeschreibung der Erfindung
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Zunächst wird
auf 7 verwiesen, die ein digitales optisches Netzwerk
(DON) 100 zeigt. In 7 gezeigt
ist eine Fernfaserübertragungsstrecke
mit Endgeräten 102 auf
jedweder Seite der Übertragungsstrecke
und einer Mehrzahl digitaler WDM-(OEO)-3R-REGEN-Anordnungen 104, die
entlang der Übertragungsstrecke
vorgesehen sind. Die REGEN-Anordnungen 104 sind in 16 gezeigt
und weisen senderseitige und empfängerseitige optische PIC-Chip-Strukturen
vom in 12 bis 14 gezeigten
Typ auf, was nachstehend noch beschrieben wird. Man beachte, dass
andere Ausgestaltungen, insbesondere von dem in 12 bis 14 Gezeigten
abweichende Ausgestaltungen, bei der Architektur der vorliegenden
Erfindung ebenfalls verwendet werden können, so beispielsweise diejenigen
Ausgestaltungen, die in 15A bis 15G gezeigt sind, sowie diejenigen Ausgestaltungen,
die in den mittels Verweisung hier mitaufgenommenen Patentanmeldungen
aufgeführt
sind. In diesem Zusammenhang wird zudem auf die mitaufgenommenen
Patentanmeldungen verwiesen, da dort detailliert das Layout, die
Herstellung und der Betrieb der TxPICs und RxPICs beschrieben ist.
Bei der Darstellung gemäß 16 befinden
sich die RxPIC-TxPIC-Chips in einer Back-to-Back-Anordnung, um eine
OEO-Funktionalität
mit zugehöriger
elektronischer Verschaltung bereitzustellen. Wie in 16 gezeigt
ist, ist die digitale REGEN-Anordnung 104 bidirektional
und um fasst in jeder Richtung, das heißt Ost und West, wenigstens
einen RxPIC-Chip 140 und wenigstens einen TxPIC-Chip 120.
Die multiplexierten optischen Informationssignale, die sich von
West nach Ost oder von Ost nach West ausbreiten, werden auf einer optischen
Verbindungsstrecke 139 oder 141 empfangen und
in den RxPIC 140 eingekoppelt, wo sie demultiplexiert und
in elektrische Signale umgewandelt werden. Diese umgewandelten Signale
werden an den Leitungen 137 vom Chip weggeleitet und anschließend in
der elektronischen Schaltung 172 3R-verarbeitet, woraufhin
sie dem elektronischen Überkreuzverbinder 174 zugeleitet
werden, wo sie durch den elektronischen Überkreuzverbinder 174 hindurchgeleitet
oder durchgeroutet und hindurchgeleitet werden, und zwar zu den elektronischen
Schaltungen 176, wo eine 1R-Verarbeitung stattfinden kann,
woraufhin sie jeweils dem TxPIC 120 für eine Rückumwandlung in optische Form
und eine Einspeisung in die Faserverbindung 139 und 141 zugeführt werden.
Die 3R-REGEN-Anordnung 104 ist im Vergleich zu geläufigen OEO-Systemen
vergleichsweise kleinformatig, da ein Großteil der optischen Schaltungen
auf Chips vom Halbleitertyp integriert ist.
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Man
beachte, dass der TxPIC-Chip 110 und der RxPIC-Chip 140 unabhängig voneinander
an den Endgeräteanordnungen
eingesetzt werden können,
so beispielsweise bei einer anfänglichen
Sendung optisch modulierter Signalkanäle aus einer Anfangsquelle
mit dem TxPIC-Chip 120 oder einem Endempfangen optisch multiplexierter
Signalkanäle
an einem Empfängerendgerät mit dem
RxPIC 140.
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16A ist eine Darstellung einer optischen Übertragungsstrecke
mit einer Mehrzahl digitaler OEO-REGEN-Anordnungen 104,
von denen eine in 7 gezeigt ist. Die digitalen
OEO-REGEN-Anordnungen 104 sind entlang einer optischen Übertragungsstrecke
an Punkten angeordnet, wo die sich ausbreitenden Kanalsignale nur
eine minimale 1R-Aufbereitung benötigen, wobei jedoch eine 3R-Aufbereitung
bereitgestellt ist. Die REGEN-Anordnungen 104 können an
Punkten bereitgestellt werden, an denen optische Faserverstärker, so
beispielsweise EDFAs, vorher eingesetzt worden sind, oder sie können, wenn
dies erwünscht
ist, eingesetzt werden, um einen Nachverstärkung sich ausbreitender Kanalsignale
zu bewirken, oder sie können
an digitalen linearen Add/Drop-Anordnungen und Kreuzungsanordnungen,
was in 18 gezeigt ist, eingesetzt werden,
was nachstehend noch diskutiert wird. Gemäß einem Beispiel sind die REGEN-Anordnungen 104 mit EDFA-Anordnungen
preislich wettbewerbsfähig
und stellen zusätzlich
minimale Kapazitäten
hinsichtlich einer Signalnachverstärkung, Nachformung und Nachtaktung
bereit, wobei letzteres von einem EDFA nicht geleistet werden kann.
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Zusätzlich zu
durchleitenden OEO-REGEN-Anordnungen 104 kann das digitale
optische Netzwerk auch als 3R-Kreuzungsanordnung 106 eingesetzt
werden, was in 8 gezeigt ist, sowie als 3R-A/D-Anordnung 114,
was in 9 gezeigt ist, an bestehenden Anordnungen oder,
was besonders wichtig ist, als Aktualisierung einer bestehenden
digitalen OEO-REGEN-Anordnung 104, um eine Switching- oder
A/D-Funktionalität
hinzuzufügen.
Auf diese Weise ist das DON dadurch modular, dass es aktualisiert
werden kann, um eine zusätzliche
Funktionalität
aufzunehmen, wodurch die Notwendigkeit einer analogen Modifikation
der Übertragungsstrecke
beseitigt wird, wie es bei herkömmlichen
optischen analogen Systemen und Anordnungen der Fall ist. Wie in 8 gezeigt
ist, umfasst die Kreuzungsanordnung 106 einen Satz von
drei OEO-REGEN-Anordnungen 108 mit geeigneten Linecard-Schaltungen 110,
die jeweils der Struktur der REGEN-Anordnungen 104 von 16 ähnlich sind,
sowie einer elektrischen Überkreuzverbindung 112 zum
elektronischen Switching der OE-gewandelten Signale auf einen der
drei geeigneten Ausgänge
mittels elektronischen Matrix-Switchings, wobei die Signale mittels
der REGEN-Anordnung 108 EO-gewandelt und in die Faserverbindung
eingespeist werden.
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In
der A/D-Anordnung 114 von 9 können die
OE-gewandelten Signale an den REGEN-Anordnungen 108 zu
einem anderen optischen Übertragungsnetzwerk
oder Netzwerkelement (NE) 118 geroutet werden, das beispielsweise
ein Schalter (Switch) oder eine Überkreuzverbindung
darstellen kann. Der Vorteil der DON-Architektur der vorliegenden
Erfindung besteht in der Bereitstellung eines vollflexiblen A/D-Multiplexers, der
eine beliebige optische Faserverstärkeranordnung zu einem wettbewerbsfähigen Preis
durch derartige Verstärker
ersetzt. Darüber
hinaus kann eine bereits installierte digitale 3R-OEO-REGEN-Anordnung 104 auf bequeme
Weise zu einer digitalen A/D-Anordnung 114 aktualisiert
werden, um eine beliebige Ausgestaltung mit Blick auf ein selektives
Add/Drop von Kanälen
zu ermöglichen.
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10 zeigt
in vereinfachter Darstellung ein städtisches Netzwerk (metro network)
mit einem Faserring 103 mit mehreren digitalen DON-Endgeräten 102.
In einem herkömmlichen
städtischen
Netzwerk sind diese Endgeräte
analog und dafür
ausgelegt, bestimmten Verkehrsanforderungen zu genügen. Andern
sich die Verkehrsmuster, was durch die gestrichelte Linie 105 angedeutet
ist, wobei sich in diesem Fall die Verkehrsanforderungen derart
geändert
haben, dass mehr Kanalverkehr zu dem ersten östlichen Endgerät 102 läuft, so
müssen
eine Neukonzipierung des östlichen
analogen Endgerätes
sowie eine Veränderung
desselben erfolgen, um den geänderten
Verkehrsnotwendigkeiten zu genügen,
und um die Kapazität
zu erhöhen.
Anders gesagt, derartige herkömmliche
Endgeräte
mit ihren diskreten Kanalkomponenten sind nicht vorhersagetolerant.
Zukünftige
Anforderungen an den Verkehr oder Veränderungen der Verkehrsmuster
sind nicht vorhersagbar. Auf diese Weise muss, um neuen oder veränderten
Verkehrsanforderungen gerecht zu werden, die herkömmliche
Anordnung von Grund auf neugestaltet oder neukonzipiert werden,
um zusätzliche
Kanäle
und Add/Drops zusätzlicher
optischer Kanäle
einzuschließen,
damit eine Ersetzung oder eine Umgehung (Bypass) der bestehenden
Anordnungen oder Knoten erfolgen kann. Jeder derartige zusätzliche
Add/Drop bringt einen zusätzlichen
dB-Einfügungsverlust
mit sich. Dies begrenzt die Kapazität des Netzwerkringes 103.
Das Hinzufügen
zusätzlicher
EDFA-Anordnungen zu dem Metroring trägt dazu bei, die Verkehrskapazität zu vergrößern, stellt
jedoch auch eine kostenintensive Lösung dar. Der Einsatz digitaler
Endgeräteanordnungen 102 entsprechend
der Architektur der vorliegenden Erfindung beseitigt diese Probleme,
indem digitale REGEN-Endgeräteanordnungen 102 in
dem Metroring 103 eingesetzt werden. Insbesondere die digitalen
3R-REGEN-Anordnungen 102 bieten eine Flexibilität bei der
Wahl von Funktionalitäten,
Modularitäten
oder der Skalierbarkeit bei einer Erweiterung der Kanaldienstekapazität, ohne
dass an der Anordnung eine Neugestaltung oder ein Umbau vorgenommen
müssten.
Dies rührt
daher, dass die Modularitätskapazität bei der
Hinzufügung
zusätzlicher Signalkanäle durch
Hinzufügen
von TxPIC/RxPIC-Chips zu dem Systemboard bereitgestellt wird. Zusätzliche Funktionalitäten können bereitgestellt
werden, so beispielsweise A/D-Multiplexing, Switching, Routing und Grooming,
und zwar einfach durch die Hinzufügung oder Ersetzung von Schaltungen
zum Zwecke der Einbeziehung einer zusätzlichen Funktion direkt an
der Anordnung zu den bestehenden Komponenten der 3R-OEO-REGEN-Anordnung.
Diese Modularität
ermöglicht
ein „Pay-as-you-go"-System und beseitigt
die finanziellen Aufwendungen für
eine von Grund auf erfolgende Neugestaltung einer herkömmlichen
analogen Anordnung, um neue Funktionalitäten hinsichtlich Kapazität und/oder
Aktualisierung zu verwirklichen. Darüber hinaus können städtische
Netzwerke mit EDFA-Verstärkungsanordnungen
nicht aktualisiert werden, ohne dass die bestehende analoge OEO-Aufbereitungsanordnung
ersetzt würde.
Die Anordnung bestehender und zukünftiger EDFA-Anordnungen mit
digitalen REGEN-Anordnungen der vorliegenden Erfindung ermöglicht auch
in der Zukunft vorgenommene Aktualisierungen bezüglich der Funktionalität dieser
Anordnungen, ohne dass später
eine Ersetzung bestehender Gerätschaften
in der Anordnung von Nöten
wäre. Diese
hinzugefügte Modularitäts- und
Aktualisierungskapazität
ist ein wichtiges Merkmal, das digitale optische Netzwerke der vorliegenden
Erfindung bieten.
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11 zeigt
die vereinfachte Form eines regionalen Netzwerkes, das im Wesentlichen
dem städtischen
Netzwerk von 10 entspricht, außer dass
es einen Ring 107 mit größerer Entfernungskapazität aufweist
und die Netzwerkkommunikation der Natur nach maschenartig ist. Wie
für den
Fall des städtischen
Netzwerkes von 10 bietet das regionale Netzwerk
mit 3R-OEO-REGEN-Anordnungen 102 mehr Flexibilität bei der
Modernisierung oder Aktualisierung des Systems zu vergleichsweise
merklich geringeren Kosten, was durch den Einsatz der senderseitigen
und empfängerseitigen
photonischen integrierten Schaltungschips für den Kanalsignalempfang und
die Aufbereitung in optischer Form sowie die 3R-Signalaufbereitung
(Nachverstärkung,
Nachformung und Nachtaktung) mittels Linecard-Chipset-Schaltungen
im elektrischen Bereich möglich
wird. Die Aktualisierung der Kanalkapazität erfolgt durch Hinzufügen zusätzlicher
PIC-Chip-Module,
um die Kapazität
des Netzwerkes durch einen Anstieg der Anzahl der Kanäle zu vergrößern, was
beispielsweise durch mehrere TxPIC- und RxPIC-Chips in den Modulen
von 20 gezeigt ist, um eine Aktualisierung der Funktionalität durch
eine Veränderung
der Schaltung, so beispielsweise eine Aktualisierung der Endgeräteanordnung 102 von 11,
zu der A/D-Anordnung von 9 zu erreichen.
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Verwiesen
wird nunmehr auf die Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels, umfassend
einen TxPIC 120 und einen RxPIC 140. Wie in 12 und 14 gezeigt
ist, und wie vorher bereits erläutert
wurde, sind weitere Details betreffend die Architektur, die Struktur,
den Betrieb und die Funktionalität
dieser PICs in den vorläufigen
Anmeldungen mit den Seriennummern 60/328,207, 60/328,332, 60/370,345
und 60/367,595 beschrieben, die mittels Verweisung hier mitaufgenommen
sind. Gemäß 12 umfasst
der TxPIC einen InP-basierten Halbleiterchip, der integrierte optische
und elektro-optische Komponenten enthält, die als monolithische photonische
integrierte Schaltungen ausgebildet sind. Der Schritt 120 umfasst
in diesem Fall modulierte Quellen eines Lasers 124 eines
Modulators 126. Ein weiterer Typ modulierter Quellen ist
in einer Anordnung direktmodulierter (DM) DFB- oder DBR-Laser enthalten.
Der Chip 120 weist eine Mehrzahl räumlich ausgerichteter integrierter
DFB-Laser 124 auf, von denen jeder eine andere Betriebswellenlänge aufweist,
die innerhalb eines standardisierten Wellenlängengitters, so beispielsweise
innerhalb des ITU-Gitters, approximiert oder optimiert wird. Man
beachte, dass der Laser 124 auch mehrere DBR-Laser umfassen
kann. Zwölf
derartige Laser sind vorhanden, weshalb auch zwölf Signalkanäle in dem
Ausführungsbeispiel
von 12 enthalten sind. Es kann gleichwohl beispielsweise
eine beliebige Anzahl derartiger Kanäle im Chipbereich ausgebildet
sein, so beispielsweise zwischen vier und 40 Kanälen, und zwar in Abhängigkeit
beispielsweise davon, wie eng die Beabstandung innerhalb der Crosstalk-Grenzen
noch hinnehmbar ist. Einige dieser Kanäle können redundante Kanäle zur Verwendung
anstelle nicht in Betrieb befindlicher Laser oder Modulatoren oder
EMLs sein. Die DFB-Laser 124 sind wellenlängenstabilisiert,
wie in den vorgenannten vorläufigen
Patentanmeldungen erläutert
wird. Jeder der zwölf
Kanäle
in dem Chip 120 umfasst zudem einen optischen Modulator 126 zur
Modulation des Lichtausgangs eines jeweiligen CW-betriebenen DFB-Lasers 124.
Der Chip 120 kann darüber
hinaus eine optionale optische Anordnung von PIN-Fotodioden 122 enthalten,
um die Laserleistung und den Wellenlängenausgang jedes DFB-Lasers 124 zu überwachen.
Darüber
hinaus kann eine optionale Anordnung von PIN-Fotodioden 128 jeweils
im Gefolge jedes Modulators 126 verwendet werden, um die
Leistung, das Chirpen sowie das Erweiterungsverhältnis des Modulators 126 zu überwachen.
Der Modulator 126 kann ein Elektroabsorptionsmodulator
oder ein Mach-Zehnder-Modulator sein. Demgegenüber sollte einsichtig sein,
dass der TxPIC 120 keine Modulatoren 126 enthalten
kann, und die Halbleiterlaserquellen 124, Albeit-DFB-Laser
oder DBR-Laser, direktmoduliert sind. Wie bereits gezeigt wurde,
enthalten 12 bis 14 lediglich
illustrative Ausführungsbeispiele
für TxPIC-
und RxPIC-Chips, da auch andere Ausgestaltungen, wie in der Zusammenfassung
der Erfindung dargelegt ist, verwendet werden können, und nicht zuletzt auch
diejenigen Ausgestaltungen, die in 15A bis 15G dargestellt sind.
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Optische
Wellenleiter 122 sind auf dem Chip in einer Fan-out-Anordnung
von den PINs 128 oder Modulatoren 126 zu der Eingangsplatte
(slab) 132 eines optischen Kombinierers 130 ausgebildet,
der ein feldartiges Wellenlängengitter
(AWG) mit einer Eingangsplatte und einem Freiraumbereich 132,
einer Mehrzahl von Gitterarmen 134 und einer Ausgangsplatte
oder einem Freiraumbereich 136, wie aus dem Stand der Technik bekannt,
ist. Der AWG 130 kombiniert die modulierten Signale auf
Wellenleitern 129 zu einem multipiexierten Signal, das
auf einem der Ausgangswelienieiter 138 bereitgestellt wird,
die auf dem Chip 120 ausgebildet sind, damit das multiplexierte
Signal von dem Chip weggeleitet werden und in eine dazu ausgerichtete
optische Faser eingespeist werden kann. Der Wellenleiter 138 mit
dem besten Signalspektrum von dem AWG 130 wird als Ausgang
zum Einspeisen in eine Kopplungsfaser gewählt, so beispielsweise die
Kopplungsfaser 135 von 13.
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13 zeigt
ein zusätzliches
Detail des TxPIC-Chips 120 von 12. Man
beachte, dass dieser TxPIC-Chip 120 nur ein Ausführungsbeispiel
von vielen möglichen
ist, die in einem digitalen optischen Netzwerk eingesetzt werden
können,
siehe beispielsweise die verschiedenen Ausführungsbeispiele in den US-Patentanmeldungen
mit den Serien nummern 09/(P001), 09/(P010) und 09/(P013), die mittels
Verweisung hier mitaufgenommen sind. Ein besonderes Beispiel ist
das Vorsehen integrierter optischer Verstärker auf einem PIC-Chip, so
beispielsweise als SOAs oder GC-SOAs.
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Zu
beachten ist zudem, dass ein Zwölfkanalchip
dieser Größe vergleichsweise
klein ist und nur Abmessungen von 3,5 mm mal 4,5 mm aufweist. Die
DFB-Laserquellen werden in einem Mitte-zu-Mitte-Abstand von ungefähr 250 μm angeordnet.
Darüber
hinaus gezeigt sind die Gleichstromvorspannungen für die PINs 122(1),..., 122(12),
die DFB-Laser 124(1),..., 124(12), die MODs 126(1),..., 126(12) und
die PINs 128(1),..., 128(12). Chipinterne Heizeinrichtungen 125(1),..., 125(12),
die beispielsweise Streifenheizeinrichtungen in der Nähe jedes
DFB-Lasers darstellen, werden unabhängig voneinander betrieben,
um die maximale Betriebswellenlänge
jedes Lasers bei der vorgeschriebenen Wellenlänge des standardisierten Gitters
zu halten. Darüber hinaus
kann ein Heizelement 131 vorgesehen sein, um das Wellenlängengitter
des AWG 130 in Verbindung mit der Steuerung der einzelnen
Betriebswellenlängen
der DFB-Laser 124 zu steuern. Dies wird detailliert in den
vorgenannten vorläufigen
Anmeldungen und den zugehörigen
nichtvorläufigen
Anmeldungen erläutert. Schließlich weist
jeder Demodulator 126 ein koaxiales oder koplanares Elektrodenfeld
auf, damit für
jeden MOD 126 ein elektrisch moduliertes Signal an jedem
Modulator 126(1),..., 126(12) zur Modulation des
Lichtes des DFB-Lasers 124, das heißt zur Vollendung der EO-Signalumwandlung,
bereitgestellt werden kann.
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Bezug
wird nunmehr auf 14 genommen, die das typische
Layout eines RxPIC 140 zeigt. Man beachte, dass dieser
RxPIC-Chip lediglich ein Ausführungsbeispiel
von vielen möglichen
ist, der in einem digitalen optischen Netzwerk zum Einsatz kommen
kann. Siehe hierzu beispielsweise die verschiedenen Ausführungsbeispiele,
die in den US-Patentanmeldungen
mit den Seriennummern 09/(P001) und 09/(P004), die mittels Verweisung
hier mitaufgenommen sind, dargestellt sind. Ein besonderes Beispiel
betrifft das Vorsehen integrierter optischer Verstärker auf
einem PIC-Chip, so beispielsweise als SOAs und GC-SOAs.
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Der
RxPIC 140 ist ein InP-basierter Halbleiterchip, der einen
Ausgang 145 aufweist, um ein multiplexiertes optisches
Signal von einer optisch gekoppelten Faserverbindung zu empfangen.
Ein optischer Verstärker 142 kann
auf dem Chip integriert sein, um die Verstärkung des multiplexierten Signals
vor dem Demultiplexieren anzuheben. Der Verstärker 142 kann ein
SOA oder vorzugsweise ein Gain-clamping-SOA oder auch ein opti scher
Laserverstärker
sein. Eine derartige Verstärkung
kann auch außerhalb
des Chips mit einem optischen Faserverstärker am Eingang des Wellenleiters 145 vorgenommen
werden. Das multiplexierte Signal wird jedenfalls auf dem Chipwellenleiter 147 empfangen
und als Eingang an der Eingangsplatte oder dem Freiraumbereich 146 des
AWG 144 bereitgestellt. Der AWG 144 umfasst eine
Eingangsplatte 146, ein Feld von Gitterarmen 148 verschiedener
Längen
und eine Ausgangsplatte 150, was aus dem Stand der Technik
bekannt ist. Die Ausgangsplatte 150 weist eine Mehrzahl
von Ausgängen
in der Brillouin-Zone erster Ordnung auf, und zwar einen für jedes
demultiplexierte Kanalwellenlängensignal,
die jeweils an den PIN-Fotodioden 152(1),..., 152(12) bereitgestellt
werden. Obwohl in diesem Fall zwölf
Kanäle
für den
Chip 140 dargestellt sind, können zwischen vier und 40 derartiger
Kanalausgänge
aus dem AWG 14 mit entsprechenden Fotodetektoren vorliegen.
Ein Ausgangskanal 154 höherer
Brillouin-Ordnung kann ebenfalls auf dem RxPIC-Chip 140 vorgesehen
sein, um einen Kanallichtausgang für die PIN-Fotodiode 156 bereitzustellen,
um die Wellenlänge
und die Leistung der Signale zu überwachen,
und um FEC-Kapazitäten
bereitzustellen.
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Den
strategischen Ausschlag für
die Verwendung integrierter optischer Elemente in Form von TxPIC- und
RxPIC-Chips 120 und 130, die bei der vorliegenden
Erfindung zum Einsatz kommen, gibt beispielsweise das Absinken der
Kosten in Dollar pro Wellenlänge
oder Kanal um ungefähr
24 zu 1 unter ein vergleichbares herkömmliches System, bei dem diskrete
Komponenten eingesetzt werden, was bereits erläutert wurde, wodurch sich eine
Wettbewerbsfähigkeit
im Vergleich zu herkömmlichen
Netzwerken mit analogen Hochleistungs-EDFA-Anordnungen ergibt.
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Verwiesen
wird nunmehr auf 15, die in vereinfachter
Form alternative Ausgestaltungen für den TxPIC-Chip 120 und
den RxPIC-Chip 140 zeigt. Teile dieser Chips können auf
getrennten Chips ausgebildet sein. So ist beispielsweise, wie in 15A gezeigt ist, die Anordnung von 12 dargestellt,
mit der Ausnahme, dass die PINs 122 und 128 weggelassen
sind. Der Chip 120A enthält ein Feld von EMLs oder modulierten Quellen 121,
während
der Chip 120B den optischen Kombinierer oder AWG 130 enthält, wobei
eine optische Kopplung zwischen beiden gegeben ist, so beispielsweise
eine Stoßkopplung.
Darüber
hinaus können
andere Typen optischer Kombinierer bei jedem der Ausführungsbeispiele
verwendet werden, so beispielsweise ein MMI-Koppler oder ein Echelle-Gitter.
Dies stellt die einfachste Form eines TxPIC-Chips 120A mit
modulierten Quellen 121 mit DFB-Lasern 124 und
EAMs 126 dar. Bei dem Ausführungsbeispiel von 15B sind die Modulatoren der Wahl für die modulierten
Quellen 121 für
den Chip 120A die MZMs 162, die das CW-Ausgangslicht,
das von den DFB-Lasern 124 empfangen wird, modulieren sollen.
Bei dem Ausführungsbeispiel
von 15C umfassen die modulierten
Quellen DFB-Laser 12, die auf dem Chip 120A vorgesehen
sind, und die aus dem Stand der Technik bekannte direktmodulierte
Laser (DM) darstellen. Ihre Ausgänge
sind optisch mit einem optischen Kombinierer 130 auf dem
Chip 120B gekoppelt. Dies stellt die einfachste Form eines
TxPIC-Chips 120 mit einem Feld von DFB-Lasern 124 und
einem optischen Kombinierer 130 dar.
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15D zeigt die einfachste Form eines RxPIC-Chips 140 mit
einem optischen Dekombinierer 144 auf dem Chip 140A und
einem Feld von Fotodetektoren 152, die auf dem Chip 140B ausgebildet
sind, wobei das Feld ein Feld aus PIN-Fotodioden oder Avalanche-Fotodioden
sein kann. Erneut können
die Chips 140A und 140B als einzelner monolithischer
Chip 140 ausgebildet sein. Alternativ kann der Chip 140B,
so beispielsweise mittels Stoßkopplung,
mit dem Chip 140A optisch gekoppelt sein.
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In
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 15E sind getrennte EML- oder modulierte Quellenchips 120A1 und 120A2 jeweils
mit Feldern aus DFB-Lasern 124 und Modulatoren 126 vorgesehen.
Jeder Chip 120A1 und 120A2 kann optisch, so beispielsweise über eine
optische Stoßkopplung,
mit dem optischen Kombinierer 130 gekoppelt sein, der auf
dem Chip 120B ausgebildet ist. In dem Ausführungsbeispiel
von 15F können die Ausgänge des
optischen Kombinierers 144 auf dem Chip 140A mit
zwei verschiedenen Fotodiodenchips 140B1 und 140B2 optisch stoßgekoppelt sein, die jeweils
getrennte Felder von Fotodioden 152 zur Erfassung der Kanalsignale
umfassen.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
von 15G kann eine bidirektionale
OE-REGEN-Anordnung 170 mit vier Halbleiterchips 120A, 1208B 140A und 1401B gebildet
werden, die optisch gemäß Beschreibung
gekoppelt sind. Alternativ können
die Chips 120A, 120B, 140A und 1401B einen
einzigen monolithischen Halbleiterchip 170 bilden oder
als getrennte PIC-Chips 120 und 140, siehe Darstellung
in 15A und 15D,
vorliegen.
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Verwiesen
wird nunmehr auf 17, die eine weitere OEO-REGEN-Ausgestaltung 176 der
vorliegenden Erfindung darstellt. Bei dieser Ausgestaltung werden
multiplexierte Signalkanäle
von der optischen Leitung 139 beispielsweise durch den
TxPIC-RxPIC-Chip 140A empfangen,
demultiplexiert und OE-gewandelt, damit eine Signalaufbereitung
und eine Überkreuzschaltung
an den digitalen Aufbereitungsschaltungen 178 erfolgen
kann. Die an den demultiplexierten elektrischen Signalen vorgenommenen
Funktionen können
3R, A/D-Multiplexierung, Switching oder Routing, Multiplexierung,
so beispielsweise TDM-Multiplexierung, Wellenlängenwandlung oder Signalgrooming
sein, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die zurückgerouteten Signale
aus dem TxPIC-RxPIC-Modul 104A können mittels
OFF-Switching für
eine Übertragung
auf den optischen Leitungen 177 oder 179 aus den
Aufbereitungsschaltungen 178 bereitgestellt und in den
TxPIC-RxPIC-Modulen 173 und 179 EO-gewandelt werden,
woraufhin eine Multiplexierung und eine Einspeisung in eine oder
mehrere der optischen Leitungen 177 und 179 erfolgen.
Demgegenüber
können
die verjüngten
Kanalsignale auf die TxPIC-RxPIC-Chips 120 geschaltet
und in die optische Leitung 140 eingespeist werden. Indes können die
von den optischen Leitungen 177 und 179 empfangenen
Kanalsignale demultiplexiert und in den TxPIC-RxPIC-Modulen 177 und 179 demultiplexiert
werden, woraufhin eine Aufbereitung und ein Rerouting durch die
Aufbereitungs-/Überkreuzschaltungen 178 zu
entweder einem der beiden TxPIC-RxPIC-Module 104A und 104B oder
zu beiden vorgenommen werden, damit eine Einspeisung in die optischen
Leitungen 139 beziehungsweise 141 erfolgen kann.
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18 zeigt
verschiedene Systemkomponenten, die in 7 bis 9 sowie 16 und 17 gezeigt
sind, in einem digital verstärkten
Wellenlängennetzwerk
(DAWN) 180, das einen der Kerne der vorliegenden Erfindung
darstellt. Auf der westlichen Seite des DAWN 180 ist ein
Endgerätknoten
oder eine entsprechende Anordnung 186 befindlich, die TxPIC- und RxPIC-Chips 120 und 140 sowie
elektronische Linecard-Einrichtungen 110 zum Senden und
Empfangen von Kanalsignalen relativ zu der optischen Verbindungsstrecke 188 enthält, sowie
zum Bereitstellen von Kanalsignalen für die beiden Nebenschnittstellen 185 zwischen
Client-Vorrichtungen, so beispielsweise einem Netzwerkelement (NE) 184,
so beispielsweise einer Schaltvorrichtung, und einer Routing-Vorrichtung 182.
Die Faserverbindungsstrecke 188 verbindet die Endgeräteanordnung 186 mit
der optischen Faserverstärkeranordnung 190.
Die Anordnung 190 ist eine optische Standardfaserverstärkeranordnung
zur Verstärkung
von WDM-Kanalsignalen, die sich bidirektional in dem optischen Übertragungsnetzwerk
ausbreiten. Die Anordnung 190 ist eine Hochleistungsverstärkeranordnung,
die eine 2R-Funktion wahrnimmt, so beispielsweise sowohl eine optische
Nachverstärkung
wie auch eine Nachformung der Kanalsignale in jedweder Richtung
des Netzwerkes. Darüber
hinaus kann ein optischer Dispersionsausgleich an dieser Anordnung
vorgenommen werden, so beispielsweise mittels DFC. Die Faserverbindungsstrecke 192 verbindet
die optische Verstärkeranordnung 190 mit
der digitalen 3R-Anordnung 194 unter Anwendung einer OEO-Funktionalität. Die Anordnung 194 ist
vom selben Typ wie die Anordnung 104 von 7 oder die
Detailstruktur von 16.
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Die
digitale Verstärkeranordnung 194 nimmt
daher eine elektronische Signalaufbereitung (Nachverstärkung, Nachformung
und Nachtaktung) vor. Die Faserverbindungsstrecke 196 verbindet
die digitale 3R-Anordnung 194 mit einer digitalen A/D-Anordnung 198.
Die Anordnung 198 ist vom selben Typ wie die Anordnung 114 in 9.
Wie mittels Pfeilen bei dieser Anordnung angedeutet ist, erfolgen
ein Hinzunehmen zu örtlichen Nebenschnittstellen 199 zu örtlichen
Vorrichtungen, so beispielsweise dem Netzwerkelement (NE) 206 und dem
Router 208, oder ein Herausnehmen von Kanalsignalen hieraus.
Die Faserverbindungsstrecke 205 verbindet die digitale
A/D-Anordnung 198 mit dem Kreuzungsknoten oder der entsprechenden
Anordnung 210, die an der Kreuzung mehrerer Übertragungsfasern
aus verschiedenen Richtungen, so beispielsweise von Ost, West, Nord
und Süd,
angeordnet ist. Diese Anordnung ist vom selben Typ wie die Anordnung 106 in 8. Die
Kanalsignale werden individuell oder in Gruppen gegroomt und können dann
allgemein auf andere optische Faserverbindungsstrecken geschaltet
werden, was beispielsweise durch den Pfeil 222 angedeutet
ist, oder sie können
zu Nebenschnittstellen 225 zu Client-Vorrichtungen durchgeschaltet
werden, so beispielsweise einem Netzwerkelement (NE) 226 und
einem Router 228, wobei sie jedoch auch auf andere optische
Faserverbindungen, wie durch den Pfeil 224 angeordnet ist,
durchgeschaltet werden können.
Die anderen Pfeile zeigen andere mögliche Überkreuzverbindungswege der
Kanalsignale an der Kreuzungsanordnung 210.
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Bei
sämtlichen
vorgenannten Anordnungen, ausgenommen natürlich der optischen Faserverstärkeranordnung 190,
bieten die digitalen DWDM-Komponenten mit den RxPIC- und TxPIC-Chipkomponenten 120 und 140,
wie in 12 und 14 dargestellt
ist, die an dem vorderen Ende der Gesamtarchitektur befindlich sind,
die Schlüssel
zur digitalen Architektur, und zwar nicht nur mit Blick auf die
kostenmäßige Wettbewerbsfähigkeit,
sondern auch mit Blick auf die Bereitstellung einer Modularität für die Architektur
zwecks einer einfachen und kostengünstigen Aktualisierung der
Kanalkapazität.
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Man
beachte, dass mit Blick auf eine Leistungsüberwachung das digitale optische
Netzwerk der vorliegenden Erfindung erstmals eine gesteigerte Zugänglichkeit
von mehr Punkten entlang des optischen Übertragungsnetzwerkes bereitstellt,
als dies vorher der Fall war, und zwar dadurch, dass die Möglichkeit
des Nachprüfens
der Bitfehlerrate in jedem Kanal an jedem beliebigen Punkt entlang
der Übertragungsstrecke
vorgenommen werden kann, an dem ein kostengünstiges DON-System installiert
ist. Das DON bietet nicht nur einen unmittelbaren Zugang zu dem
Netzwerk zum Zwecke einer Aktualisierung, sondern stellt auch eine
engmaschigere Punkt-zu-Punkt-Möglichkeit
zur Lokalisie rung und Isolierung von Netzwerkfehlern, insbesondere
von Fehlerraten, dar. Wie einfach unter Bezugnahme auf 6C und 6D zu
verstehen ist, ermöglicht
das DON nunmehr eine kostengünstige
Ersetzung der Verstärkeranordnungen 82 in 6C durch
digitale Netzwerkanordnungen, die einen unmittelbaren Zugang zu
dem Netzwerk gewähren,
wodurch Fehler zwischen den Punkten von DON-Einrichtungen, wie in 6D gezeigt
ist, isoliert werden können.
Wie aus 6C ersichtlich ist, existieren
erheblich mehr Punkte entlang des Fernübertragungssystems, an denen
eine Überwachung
und Untersuchung eines Punktes möglich
ist, wenn bestimmte Probleme bezüglich Übertragungsfehlern
und Missständen
auftreten. Der Kern besteht daher darin, dass das digitale optische
Netzwerk der vorliegenden Erfindung viel mehr Punkte aufweist, an
denen das elektrische Signal und damit die Bitfehlerrate zugänglich ist, sodass
die Möglichkeit
einer Problembehebung entlang der Übertragungsstrecke sowie bei
Geräteproblemen stark
verbessert wird. Fernübertragungssysteme
halten das Signal für
etwa 600 bis 3200 km im optischen Bereich, weshalb das Auffinden
der Verschlechterung der Signalgüte äußerst schwierig
ist, was bislang eine weitgehende Beschränkung beim Aufbau in der Praxis
annehmbarer Fernübertragungssysteme
darstellte. Die Möglichkeit
der Nachprüfung
der Fehlerrate auf einem beliebigen Kanal am Ende jeder Faserverbindungsstrecke
oder Übertragungsstrecke
oder sogar nach einige, wenigen Faserübertragungsstrecken oder Verbindungsstrecken
oder an vorab installierten optischen Verstärkeranordnungen stellt einen
gewaltigen Vorteil bei der Verwaltung des Netzwerkes dar, um Punkte
mit Systemfehlern und andere Netzwerkfehler entlang des gesamten
Netzwerkes über
kürzere
distale Verbindungen unmittelbar zu isolieren und zu lokalisieren.
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Verwiesen
wird nunmehr auf 19, die eine Abwandlung der
Fernübertragungsstrecke
von 7 darstellt. 19 entspricht 7 mit
der Ausnahme, dass zusätzlich
kostengünstige
EDFAs 230 entlang der Faserverbindungsstrecke in der optischen Übertragungsstrecke
zwischen den Endgeräten 102 angeordnet sind.
Da die OEO-REGEN-Anordnungen 104 anstelle
herkömmlicher
diskreter Komponenten von OEO- und EDFA-Anordnungen
eingebaut sind, kann ein Fortschritt mit Blick auf die Verstärkung durch
die kostengünstigen
EDFAs 230 durch die niedrige Leistung aufweisenden Faserverstärker erreicht
werden, das heißt
Verstärker
mit schlechteren optischen Eigenschaften oder Parametern, so beispielsweise
Spektrumsverstärkungsglättung, Gain-Tilt-Effekt, OSNR-Leistung
oder Rauschzahl, wobei keine problematische Kenngröße hinsichtlich
einer Verstärkungsspektrumsverringerung,
eines Gain-Tilt-Effektes oder eines Gain-Ripple-Accomodation-Effektes
bei konkatenierten Verstärkern
gegeben ist. Der Einsatz kostengünstiger
EDFAs niedriger Leistung ermöglicht
ein „Überspringen" bezie hungsweise
eine höhere
Topografie, die auf Kosten der EDFAs niedriger Leistung geht, da
die Kanalsignale sowieso in jedem Fall 3R-aufbereitet werden. Die
Eigenschaft „Überspringen" stellt einen Lösungsansatz
bei einem Netzwerk dar, bei dem die Anordnung einer digitalen OEO-REGEN-Anordnung übersprungen
wird, und wo eine Ersetzung durch einen optischen Verstärker vorliegt,
der bereits besteht oder neueingebaut wird.
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Verwiesen
wird nunmehr auf 20 und das digitale optische
Netzwerk 240. Das Netzwerk 240 ist aus Gründen der
Einfachheit als unidirektionale optische Kommunikationsverbindungsstrecke
dargestellt, obwohl das Netzwerk auch bidirektional sein kann, und
zwar bei Hinzufügung
von RxPICs 246 zu dem Tx-Modul 242 und TxPICs
zu dem Rx-Modul 244, wie in 16 und 17 dargestellt
ist. 20 zeigt ein optisches Übertragungsnetzwerk mit einem
Tx-Modul 242 mit einer Mehrzahl von TxPIC-Chips 246 mit
TxPICs 1 bis 8, die ihrerseits vier bis 40 Kanäle pro PIC aufweisen können. Es
wird eine EO-Signalumwandlung in jedem TxPIC 246 mittels
direkter Modulation der jeweiligen DFB-Laser oder durch Modulation
der chipinternen optischen Modulatoren vorgenommen. Die multiplexierten
Kanalwellenlängenbandausgänge aus
den jeweiligen TxPIC-Chips 246 werden an die Wellenleiter 247 zu
dem Wellenlängenbandmultiplexer 248 zum
Multiplexieren aller Kanalbänder
aus den TxPIC-Chips 246 zu einem fertigen multiplexierten
WDM-Kanalsignal zur Übertragung
in der Faserverbindungsstrecke 252 weitergeleitet. In dem
bidirektionalen digitalen optischen Netzwerk ist die Vorrichtung 248 ein
Band-MUX/DEMUX-Modul (BMDM) zur Multiplexierung oder Demultiplexierung
von Kanalbändern
in eine optische Verbindungsstrecke 252 oder aus dieser
heraus, was aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die multiplexierten
Signale können
zwischen 32 und 320 Kanäle
umfassen und werden mit Blick auf die Signalverstärkung mittels
postoptischer Verstärker 250 angehoben
und in die Faserverbindungsstrecke 252 eingespeist.
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Das
multiplexierte Multibandsignal wird anschließend an dem RxPIC-Modul 244 empfangen,
wo das multiplexierte Signal anfänglich
durch den voroptischen Verstärker 254 verstärkt werden
kann und anschließend
bei 256 in multiplexierte Kanalbänder demultiplexiert oder entschachtelt
oder beides werden kann, woraufhin die Bänder über optische Wellenleiter 257 auf
die einzelnen jeweiligen RxPIC-Chips 258 mit RxPICs 1 bis
8 weitergeleitet werden, wo sie zu ihren einzelnen Kanalssignalen
zum Zwecke einer OE-Umwandlung
für eine
außerhalb
des Chips erfolgende Übertragung
zu der elektronischen Verarbeitungsschaltung demultiplexiert werden.
Es ist einsichtig, dass die Tx- und Rx-Module 242 und 244 durch
den Einsatz mehrerer Halbleiter-PIC-Chips 246 und 258 in
den Modulen 242 und 244 kompakt sind.
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Verwiesen
wird nunmehr auf 21 und 22. Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines digitalen optischen Netzwerkes (DON) ist eines, bei dem die
folgenden Elemente zum Einsatz kommen: (i) ein kostengünstiges
PIC-Sende- und/oder Empfangsmodul oder mehrere hiervon für die Übertragungsschnittstellen
in dem System entweder an den Endgeräten oder an OEO-REGEN-Anordnungen,
(ii) ein hochintegrierter Signalverarbeitungschip oder ein Chipsatz
und (iii) ein kostengünstiges
PIC-Sende- und/oder Empfangsmodul oder mehrere hiervon für Nebenschnittstellen
zu Kunden oder Clients. Eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles
eines DON-Endgerätes 300 ist
in 21 und einer DON-OEO-REGEN-Anordnung 320 in 22 gezeigt.
Man beachte, dass das Ausführungsbeispiel
von 21 ähnlich
dem digitalen optischen Netzwerk 180 von 18 an
der Endgerätanordnung 186 ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel
von 21 werden PIC-Module verwendet, um sehr kostengünstige OE-
oder EO-Umwandlungen sowohl auf der Sendeseite des Endgerätes 300,
was oftmals große
Reichweite (LR) genannt wird, wie auch auf der Nebenseite des Endgerätes 300,
was oftmals kurze Reichweite (SR) genannt wird, zu ermöglichen.
Das Neben-SR-PIC-Modul beziehungsweise die Neben-SR-PIC-Module 306 in 21 sind
optische Module, die entweder kombinierte Sende- und Empfangsfunktionen
(Transceiver) oder getrennte Sende- und Empfangsmodule des bereits
beschriebenen Typs sind. Jedes der Nebensendemodule zeichnet sich
dadurch aus, dass es mehrere getrennte elektrische Signaleingänge 308 und
mehrere getrennte optische Fasersignalausgänge 310 aufweist,
die zu mehreren physikalischen Orten eines Clients oder mehrerer
Clients geroutet sind. Auf ähnliche
Weise zeichnet sich jedes Nebenempfängermodul dadurch aus, dass
mehrere getrennte optische Fasersignaleingänge 312 von verschiedenen
Orten und mehrere elektrische Signalausgänge 314 vorhanden
sind. Für
einen PIC-Neben-Transceiver sind diese in einem Modul kombiniert.
Man beachte darüber
hinaus, dass ein Sender, ein Empfänger oder ein Sender-Empfänger 306 gemäß 21 ebenfalls
durch mehrere Sender, Empfänger
oder Sender-Empfänger
ersetzt sein können,
die jeweils mehrere Kanäle
pro Modul aufweisen können.
Die Nebenmodule werden anschließend über Schnittstellen
mit integrierten elektronischen Verarbeitungsschaltungen 304 verbunden,
die anschließend über Schnittstellen
mit den Sende-LR-PIC-Modulen 302 über elektrische Signaleingänge 316 und
optische Signalausgänge 318 gekoppelt
werden. Die integrierten elektronischen Verarbeitungsschaltungen 304 umfassen
entweder einen einzelnen IC-Chip in dem am meisten bevorzugten Ausführungsbeispiel
oder einen IC- Chipsatz,
der in jedem Fall mehr als eine der nachfolgenden Funktionen auf einem
vorgegebenen Chip aufweist: Takt- und Datenrückgewinnung (CDR), Serialisierung
und Deserialisierung (SERDES), Vorwärtsfehlerberichtigung (FEC), Überkreuzpunkt-Switching und elektronischen
Signalausgleich, das heißt
eine Glättung
der frequenzabhängigen
Dämpfung
des elektrischen Signalpulses oder des Signalgefälles oder GVD des optischen
Signalpulses, Framing, und das zugehörige Schaltnetz. Darüber hinaus wird
vorgezogen, wenn das Ausführungsbeispiel
mit dem einzelnen IC-Chip alle der vorgenannten Funktionen für alle Signalkanäle auf einem
einzelnen Chip umfasst. Alternativ können mehrere Chips verwendet
werden, um entweder mehrere Kanäle
und/oder mehrere Gruppen von Funktionen einzusetzen. Das DON-Endgerät 300 wird
als ultimative Endgerätarchitektur
dahingehend beschrieben, dass es eine minimale Anzahl optoelektronischer
und elektronischer Komponenten und daher die Vorteile geringer Kosten
sowie einer höheren
Dichte aufweist. Die Minimalkosten sind durch die minimale Anzahl
derartiger Komponenten realisiert, die die Gesamtkosten der Komponenten
verringern. Darüber
hinaus werden die Herstellungskosten verringert, da die Anzahl der
Komponenten abnimmt, wodurch auch die Kompliziertheit des Herstellungsvorganges
sinkt. Die verbessert Dichte eines derartigen Systems hat einige
Vorteile. Zunächst
wird der Umfang des Systems mit weniger Komponenten drastisch verringert,
wodurch auch die gesamten Raumanforderungen für Carrier-Provider abnehmen.
Darüber
hinaus bedingt das Zunehmen der Dichte eine größere Anzahl von optischen und elektrischen
Komponenten, die auf einem gegebenen Systemboard bei einem Carrier-Provider
implementiert werden können.
Die Fähigkeit,
eine größere Anzahl
von Funktionen oder Komponenten auf einem einzelnen Board für eine Gruppe
von Signalkanälen
zu implementieren, ist deshalb besonders vorteilhaft, weil hierdurch die
Backplane-Kompliziertheit des Telekommunikationssystems stark abnimmt.
Das Senden von Hochgeschwindigkeitssignalen über die Backplane eines Telekommunikationssystems
führt zu
stark ansteigenden Kosten und stark ansteigender Kompliziertheit.
In letzterem Fall sind die Nebenschnittstellen, die elektronische Verarbeitung
und die Sendeschnittstellenfunktionen auf einem einzelnen PC-Board
vereint. Die Fähigkeit
diese Aufgabe zu erfüllen,
ist dadurch gegeben, dass eine hohe Dichte aufweisende LR-PIC- und
SR-PIC-Komponenten
vorliegen. Ohne die verbesserte Dichte der Module sind die integrierten
elektronischen Verarbeitungschips von erheblich geringerem Wert
oder können
in einem bestimmten Telekommunikationssystem bisweilen überhaupt
nicht eingesetzt werden. Die Dichte der PIC-Chips schlägt sich
in dem geringeren Abstand nieder, über den Hochgeschwindigkeitssignale
auf einem PC-Board geroutet werden müssen, bevor sie einen integrierten
elektronischen Verarbeitungschip erreichen. Ohne die PIC-Chips müs sen Signale
mit der Linerate des Systems über
merkliche Entfernungen auf dem Board geroutet werden, was zu einer
wesentlichen Verschlechterung der übertragenen Signale und zu
steigenden Kosten sowie zu einer steigenden Kompliziertheit des
Boards selbst führt.
Aus diesem Grunde ermöglichen
die PIC-Module den Einsatz kostengünstiger integrierter elektronischer
Verarbeitungschips in einem digitalen optischen Netzwerk.
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Das
Vorgenannte gilt ebenso für
die DON-OEO-REGEN-Anordnung, die in 21 gezeigt
ist. Die OEO-REGEN-Anordnung 320 ähnelt dem Endgerät 300,
mit der Ausnahme, dass die Neben-SR-PIC-Module 306 durch
Sende-LR-PIC-Module 322 ersetzt sind. Sämtliche im Zusammenhang mit
dem DON-Endgerät 300 genannten
Vorteile gelten analog für
die DON-OEO-REGEN-Anordnung 320. In 22 wird
von West nach Ost laufender Verkehr λi,..., λN von
einem LR-PIC-Modul 322 oder mehreren hiervon empfangen,
die elektrische Signalausgänge 326 für die integrierten
elektronischen Verarbeitungsschaltungen 328 bereitstellen.
Die Schaltungen 328 stellen einen elektrischen Signalausgang 332 für ein weiteres
oder anderes LR-PIC-Modul 322 bereit, um optische Signalausgänge λi,..., λN für Ostverkehr
bereitzustellen. Auf gleiche Weise wird von Ost nach West laufender
Verkehr λj,..., λM von einem LR-PIC-Modul 322 oder
mehreren hiervon empfangen, wodurch elektrische Signalausgänge 330 für die integrierten
elektronischen Verarbeitungsschaltungen 328 bereitgestellt
werden. Die Schaltungen 328 stellen einen elektrischen
Signalausgang 324 für
ein weiteres oder anderes LR-PIC-Modul 322 oder
mehrere hiervon bereit, um optische Signalausgänge λj,..., λM für Westverkehr bereitzustellen.
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Die
Erfindung wurde anhand einiger besonderer Ausführungsbeispiele beschrieben.
Es erschließt
sich einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet unmittelbar, dass
weitere Alternativen, Abwandlungen und Veränderungen im Lichte der vorhergehenden
Beschreibung möglich
sind. Es ist beabsichtigt, dass die vorbeschriebene Erfindung sämtliche
Alternativen, Abwandlungen, Anwendungen und Veränderungen umfasst.