DE60224234T2 - Digitale optische Netzwerkarchitektur - Google Patents

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Fred A. Jr. Palo Alto Kish
Matthew L. Bethesda Mitchell
Stephen G. Ellicott City Grubb
Robert B. Windsor Mill Taylor
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    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04256—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration
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    • H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/0625—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
    • H01S5/06255—Controlling the frequency of the radiation
    • H01S5/06256—Controlling the frequency of the radiation with DBR-structure
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    • H01S5/0625—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
    • H01S5/06255—Controlling the frequency of the radiation
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    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
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    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser
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    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/1228—DFB lasers with a complex coupled grating, e.g. gain or loss coupling
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
    • H01S5/2077—Methods of obtaining the confinement using lateral bandgap control during growth, e.g. selective growth, mask induced
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    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
    • H01S5/2214—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on oxides or nitrides
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    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
    • H01S5/2222—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special electric properties
    • H01S5/2224—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special electric properties semi-insulating semiconductors
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    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
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    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
    • H01S5/2272—Buried mesa structure ; Striped active layer grown by a mask induced selective growth
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    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
    • H01S5/2275—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/3408—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers characterised by specially shaped wells, e.g. triangular
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34306—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000nm, e.g. InP based 1300 and 1500nm lasers
    • H—ELECTRICITY
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4087—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar emitting more than one wavelength
    • H—ELECTRICITY
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/50—Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30

Description

  • Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung
  • 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.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines digitalen optischen Netzwerkes (DON), das einfach aktualisierbar und skalierbar ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ein weiteres Merkmal der Architektur der vorliegenden Erfindung besteht in der Beseitigung der Anforderung kostenintensiver diskreter abstimmbarer DFB-Laser und eines rein optischen Switchings.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 3A bis 3E sind grafische Darstellungen der Wirkungen von Nichtlinearitäten und anderen optischen Beeinträchtigungen eines übertragenen optischen Kanalsignals im Stand der Technik.
  • 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.
  • 5 ist eine grafische Darstellung der Kostenvarianz pro Signalkanal verschiedener eingesetzter optischer Übertragungsnetzwerke in Abhängigkeit von der Zeit.
  • 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.
  • 13 zeigt das schematische Layout des TxPIC-Chips von 12.
  • 14 ist eine schematische Darstellung eines RxPIC-Chips, der bei der Architektur und der praktischen Umsetzung der Architektur der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt.
  • 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.
  • 16 ist eine schematische Darstellung einer 3R-OEO-REGEN-Anordnung, die bei der Architektur und praktischen Umsetzung der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt.
  • 16A ist eine schematische Darstellung digitaler 3R-REGEN-Anordnungen, die entlang einer optischen Übertragungsstrecke zum Einsatz kommen.
  • 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.
  • 18 ist eine detailliertere beispielhafte Veranschaulichung der Merkmale, die die Architektur des digitalen optischen Netzwerkes der vorliegenden Erfindung kennzeichnen.
  • 19 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführung des optischen Übertragungsnetzwerkes von 7.
  • 20 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Architektur des digitalen optischen Netzwerkes der vorliegenden Erfindung unter Verwendung mehrerer TxPIC- und RxPIC-Chips.
  • 21 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des digitalen optischen Netzwerkes der vorliegenden Erfindung an einem Netzwerkendgerät.
  • 22 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des digitalen optischen Netzwerkes der vorliegenden Erfindung an einer OEO-REGEN-Anordnung des Netzwerkes.
  • Detailbeschreibung der Erfindung
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Bereitstellen einer vor Ort erweiterbaren Kanalkapazität in einer Übertragungsnetzwerkeinrichtung ohne die Notwendigkeit der Beschaffung von zusätzlichen Einrichtungen für einen Übertragungsdienstanbieter, das die folgenden Schritte umfasst: Installieren von Übertragungsnetzwerkeinrichtungen, die sendeseitige (120) oder empfangsseitige (140) halbleiterbasierte photonenbasierte integrierte Schaltkreis-Chips (TxPIC oder RxPIC) enthalten, die eine Vielzahl von Signalkanälen unterschiedlicher Wellenlänge mit integrierten modulierten Quellen (124, 126) zum Senden von Kanalsignalen von einem Schaltkreis, oder mit integrierten Fotodetektoren (152(1)...152(12)) zum Empfangen von Kanalsignalen in einem Schaltkreis haben; anfängliches Aktivieren 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 wenigstens einer zusätzlichen Kanalkapazität in dem Schaltkreis-Chip, um zusätzliche Signalkanäle bereitzustellen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der folgende Aktivierungsschritt einen weiteren Schritt des Aktivierens zusätzlicher modulierter Signalkanalquellen (124, 126) umfasst, die zuvor inaktiv waren.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren den Schritt des Aktivierens zusätzlicher modulierter Signalkanalquellen (124, 126) umfasst, um eine schrittweise Zunahme der Kanalkapazität bereitzustellen, wenn neuer kontinuierlicher Signalverkehr vorliegt oder wenn eine vorübergehende Zunahme des Signalverkehrs während bestimmter Zeiträume variabler Verkehrsanforderungen vorliegt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, das den weiteren Schritt des anschließenden Deaktivierens eines Teils der Signalkapazität in dem Schaltkreis-Chip aufgrund eines abnehmenden Bedarfs im Signalverkehr des Übertragungsdienstanbieters umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, das den weiteren Schritt des Deaktivierens einer oder mehrerer modulierter Signalkanalquellen (124, 126) umfasst, die aufgrund des verringerten Bedarfs in dem Signalverkehr des Übertragungsdienstanbieters nicht mehr erforderlich sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, das den weiteren Schritt des Einsetzens weiterer PIC-Chips an der installierten Einrichtung umfasst, um mehr Signalkapazität bereitzustellen und schrittweise neuen Signalverkehrbedarf bei erhöhten Kosten für Einrichtungen zusätzlich zu der anfänglich installierten Übertragungseinrichtung zu befriedigen.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Einsatz an vorhandenen Lichtleitfaserverstärker-Standorten ausgeführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der sendeseitige photonenbasierte integrierte Schaltkreis (120) modulierte Quellen (124, 126) umfasst und modulierte Ausgänge der Quellen einem optischen Mischer oder Multiplexer (130) bereitgestellt werden, um ein multiplexiertes Ausgangskanalsignal bereitzustellen.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die modulierten Quellen eine Anordnung direkter modulierter Halbleiterlaser oder eine Anordnung elektrooptischer Modulatoren umfassen, die mit einer Anordnung von Halbleiterlasern gekoppelt ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die elektrooptischen Modulatoren Mach-Zehnder-Modulatoren oder Elektroabsorptionsmodulatoren sind.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der empfangsseitige photonische integrierte Schaltkreis (140) ein Arrayed Waveguide Grating (AWG) (144) umfasst, das demultiplexierte Ausgangskanalsignale bereitstellt, die jeweils mit einer Anordnung von Fotodetektoren (152(1)...152(12)) gekoppelt sind.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Fotodetektoren Avalanche-Fotodioden (APD) oder p-i-n-Fotodioden sind.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Aktivierens wenigstens einer gewissen zusätzlichen Signalkanalkapazität den Schritt des aufeinanderfolgenden Aktivierens und Deaktivierens zusätzlicher Kanalsignalquellen oder -chips gleichzeitig mit zu nehmendem oder abnehmendem Verkehr einschließt, um so minimale Auswirkung auf die Kosten für die Nutzung der Einrichtungen zu gewährleisten.
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