Photonische Schaltkreise für mehr Bandbreite

Welche Herausforderungen eine derartige Skalierung darstellt zeigt folgendes Beispiel: Ein heute installiertes, typisches WDM-System würde mit einer IP-Backbone-Kapazität von 640 mal 10 GBit/s bis zum Jahr 2012 soweit skalieren, das es aus 650 Schnittstellenkarten, 14 Baugruppenträgern und 350 Verbindungen innerhalb und zwischen den Baugruppen bestehen würde. Dabei würden die Betriebskosten für Grundfläche und Stromverbrauch deutlich steigen und die Komplexität bei dem Ausbau des Systems, beim Betrieb und bei der Wartung erheblich zunehmen. Daher sind neue technische Fortschritte gefragt, um die geforderte Skalierbarkeit überhaupt ökonomisch möglich machen zu können.

Eine Einzellösung ist die Erhöhung der Leistungsdaten pro Wellenlänge, wodurch weniger Schnittstellenkarten nötig wären – dies wiederum würde das Glasfasermanagement vereinfachen und die angesprochenen Platzprobleme lösen. Mittlerweile sind bei Leitungsgeschwindigkeiten von 40 GBit/s arbeitende WDM-Transportsysteme erhältlich. Sie adressieren die genannten Herausforderungen bereits aus technischer Sicht, sind aber noch zu teuer. Derzeitige Anstrengungen in der Industrie sind darauf fokussiert, diese Lösungen im Vergleich zu Systemen, die 10 GBit/s pro Wellenlänge übertragen können, ökonomisch verfügbar zu machen. Doch kaum jemand erwartet derzeit, dass 40-GBit/s-WDM-Techniken innerhalb der nächsten Jahre auf breiter Front zum Einsatz kommen.

Während in der Industrie Einigkeit darüber herrscht, dass die forcierte Entwicklung von 40-GBit/s-WDM Systemen diese Technik tatsächlich preiseffizient verfügbar machen wird, bestehen doch erhebliche Zweifel daran, dass bestehende Netzwerke sich für die Übertragung noch weiter erhöhter Datenraten, etwa auf 100 GBit/s pro Wellenlänge, überhaupt eignen. Die Zweifel gründen sich auf verschiedenen Faktoren: Bei solch hohen Leistungsgeschwindigkeiten treten optische Schwachstellen auf, etwa die chromatische Dispersion und die Polarisationsmodendispersion (PMD).

Weiterhin bereitet die Realisierung des nötigen optischen Signal-Rauschabstands (Optical Signal-to-Noise Ration, OSNR) und des Qualitätsfaktors (Q) für die Übertragung über typische Glasfaserstreckenlängen Probleme. Kritische Fragen sind auch die Machbarkeit, Haltbarkeit und Verfügbarkeit von optischen und elektronischen Komponenten wie PIN/APD-Detektoren (PIN = Positive Photo Diode), Transimpedanz-Verstärkern (TIA), Modulatoren und Modulatortreibern, die bei derartig hohen Bitraten funktionieren.