100 Gbit/s – die neue Dimension der Netzwerke

100 Gbit/s durch fortschrittliche Modulationsformate

Fortschrittliche Modulationsformate nehmen in 40- und 100-Gbit/s-Netzwerken eine Schlüsselrolle ein. Bei 10 Gbit/s und darunter wurden früher einfache digitale Kodierungen wie Non Return to Zero (NRZ) eingesetzt. Phase-Shaped Binary Transmission (duobinary) sowie Differential Phase Shift Keying (DPSK) sind Modulationsformate, die bei den 40-Gbit/s-Lösungen der ersten Generation zur Leistungssteigerung eingesetzt wurden und als Basis für 100 Gbit/s dienen. DPSK nutzt Phasenumtastung, was die Reichweite gegenüber der NRZ-Modulations-Modelle in etwa verdoppelt.

Wie die Grafik aufzeigt, werden die Daten auf eine Carrier-Welle gelegt und phasenverschoben, was in DPSK Output resultiert. DPSK bildet die Basis für Differential Quadrature Phase Shift Keying (DQPSK).

Für 100-Gbit/s-Signale splittet DQPSK den Stream in zwei Datenkanäle, die beide 50 Gbit/s entsprechen. Diese Datenrate ist um 25 Prozent höher als 40 Gbit/s, die Leistung dieser Modulation erlaubt jedoch die Übertragung auf Glasfaser mit 100 Gbit/s ohne bedeutende PMD-Beeinträchtigungen.

Durch Polarization Multiplexing für DQPSK (PM-RQPSK) kann die Leistung eines 40-Gbit/s- oder 100-Gbit/s-Signals für beeinträchtigte Glasfaserverbindungen gesteigert werden. Die DQPSK-modulierte Welle wird in die entsprechenden Polarisationen aufgesplittet, wodurch eine effektive Symbolrate von 25 Gbit/s bei 100-Gbit/s-Signalen erzielt wird, was besser ist als bei den derzeitigen 40-Gbit/s-DPSK-Systemen.

Obwohl die PMD bei dieser Rate etwa zweieinhalbmal so groß ist wie bei 10 Gbit/s, können viele der Glasfasern, die seit Mitte der 1990er auf Langstrecken verlegt wurden, diese Symbolrate für 40G tragen, bei geringerer Reichweite auch für 100G. Die chromatische Dispersion nimmt im Quadrat zur Bitrate zu und erfordert Dispersions-Kompensation, wie bei derzeitigen 40-Gbit/s-Systemen. PMD-Kompensation würde nur bei durch PMD beeinträchtigen Leitungen nötig.

Die Leistung bei 100 Gb/s kann durch den Einsatz eines Coherent Receivers zum PM-DQPSK weiter verbessert werden, bekannt als PM-QPSK mit Coherent Receiver. Das PM-QPSK-Modulationsformat ist das gleiche wie PM-DQPSK aufseiten des Transmitters. Der Hauptunterschied bei PM-QPSK liegt beim Receiver. Statt eines Differential Detection Circuit wird der Coherent Receiver eingesetzt, wo das eintreffende Signal mit einem lokalen Oszillator verbunden ist und erkannt wird. Coherent Receiver haben eine höhere Empfindlichkeit und machen Dispersions-Kompensation überflüssig, benötigen jedoch die Entwicklung von ASICs, die das digitale Signal verarbeiten. Daher werden die ersten Umsetzungen von 100G wahrscheinlich PM-DQPSK mit Dispersions-Kompensation sein, mit begrenzter Reichweite über eine bestehende 10G-Infrastruktur. Doch diese Lösung bietet einen wichtigen Grundstein für PM-QPSK mit Coherent Receiver, was marktführende Hersteller als bestes Modulationsformat für 100-Gbit/s-Signale ansehen, da es hohe Leistung bietet und ohne Dispersions-Kompensation auskommt.