أحدث الأبحاث حول أربعة جوانب من 100G QSFP28 و SFP112

تم نشر تقنية اتصالات الهاتف المحمول من الجيل الخامس (5G) تجاريًا لمدة ثلاث سنوات ودخلت فترة حرجة من التطبيقات واسعة النطاق. للوحدة الضوئية الحاملة تأثير مهم على أداء الإرسال لشبكات الاتصالات المتنقلة. مع استمرار تقدم بناء 5G وتصبح سيناريوهات التطبيق أكثر ثراءً ، تستمر الصناعة في استكشاف أبحاث تقنية جديدة للوحدات البصرية 5G Fronthaul و midhaul و backhaul لتلبية الطلب على نطاق ترددي أكبر وأداء أعلى وتكلفة أقل وحجم أصغر ، و للتحضير الكامل لنشر ما بعد 5G وحتى 6G.

أجرى FiberMall بحثًا تفصيليًا حول تقنيات الوحدات الضوئية لحامل 5G ومركز البيانات وتطبيقات الوصول البصري بالكامل ، وتم تطوير بعض الحلول تدريجياً وتطبيقها على نطاق واسع. تجمع FiberMall بين المتطلبات الأساسية للوحدات الضوئية لحامل الجيل الخامس من الجيل التالي ، وتبحث عن حلول تقنية جديدة ، وتقيّم قدرة إنتاج الوحدات الضوئية لحامل 5G وأجهزة الرقاقة الإلكترونية الضوئية الأساسية ، وتقدم اقتراحات التطوير اللاحقة ، وتعزز التطوير المنسق والمنظم لما يلي- الجيل 5G سلسلة صناعة وحدة بصرية حامل.

مع الارتفاع السريع في حركة مرور الإنترنت عبر الهاتف المحمول ، سيستمر إنشاء شبكة 5G وتحسينها في التقدم. سيتم أيضًا إطلاق موارد طيف أكثر ثراءً لدفع التطور التكراري للتكنولوجيا الحاملة لتلبية الطلب المتزايد البارز على ربط البيانات عالي السرعة.

الشكل 1. 5G أماميةسحب تطور الطلب لحاملها

في الوقت الحالي ، تستخدم طبقات التقارب والوصول إلى الوصلات 5G بشكل أساسي وحدات بصرية 25G و 50G و 100G. سيستمر الجيل القادم من شبكات الجيل الخامس متوسطة الحجم وشبكة التوصيل في التطور نحو سرعة أعلى وسعة عالية واستهلاك منخفض للطاقة وزمن انتقال منخفض وتكلفة منخفضة مثل 5 جيجا بايت. في سيناريوهات التطبيق حيث تكون موارد الألياف ضيقة نسبيًا ، يمكن للوحدات البصرية ثنائية الاتجاه أحادية الألياف توفير 200٪ من موارد الألياف مقارنة بالوحدات البصرية ثنائية الاتجاه ثنائية الألياف. أصبحت الوحدة البصرية 50G BiDi مع مزايا تناظر التأخير الجيد واحدة من النقاط الساخنة للبحث في الصناعة. بالإضافة إلى ذلك ، أجرت FiberMall بحثًا عن وحدات بصرية 100G QSFP100 بمسافة نقل تبلغ 28 كم. من أجل تقليل التكلفة وتوسيع نطاق التطبيق ، بدأت الصناعة في التخطيط 100G QSFP28 وحدات بصرية بمسافة نقل تزيد عن 80 كم ووحدات بصرية O-band WDM وأبحاث تقنية أخرى.

وحدات بصرية 100G QSFP28 و SFP112

تعتبر FiberMall 100G ومعدلات أخرى للوحدات الضوئية لإعادة توجيه الجيل الخامس من الجيل التالي ، ولكن تقدم البحث محدود نسبيًا. تُستخدم الوحدات الضوئية المعدلة بكثافة 5G المبكرة بشكل أساسي في مراكز البيانات ومناطق المترو مع مخطط 100x4G NRZ في شكل حزمة QSFP25 ، والتي تحتوي على عدد من القنوات وعملية معقدة نسبيًا. مع النضج التدريجي لتقنية PAM28 وأجهزة الرقاقة الإلكترونية الضوئية بسعة 4 جيجا بايت ، يمكن تحقيق معدل 50 جيجا من خلال قناة واحدة لتبسيط عملية التغليف وتقليل التكاليف. لمسافة نقل تبلغ 100 كيلومترات ، تمتلك الصناعة وحدة بصرية أحادية القناة 10 جيجا بايت QSFP100 LR28 مع تكامل داخلي لشريحة DSP. أطلقت FiberMall منتجات الوحدات البصرية 1G QSFP100 LR28.

الجدول 1. الحلول التكنولوجية المحتملة للجيل التالي من أجهزة الإرسال والاستقبال 5G Fronthaul 100G

100G BiDi QSFP28 الوحدة البصرية

تم تطبيق الوحدة البصرية 50G SFP56 BiDi في طبقة الوصول إلى الوصلة المتوسطة لشبكات الجيل الخامس. تحتوي الوحدة الضوئية 5G QSFP100 BiDi على سيناريوهات تطبيق محتملة في الجيل التالي من الجيل التالي من الجيل الخامس ، وطبقة الوصول والتجميع ، والوصلة البينية لمركز البيانات ، وما إلى ذلك. عدد أقل من الأجهزة واستهلاك طاقة أقل من الوحدة البصرية التقليدية 28G QSFP5 ذات 100 قنوات. تعتمد الوحدة الضوئية 28G QSGP100 BiDi على حل DSP مقارنة بالوحدة البصرية 4G SFP4 BiDi ، لكن الأول يتمتع بتكلفة أفضل واستهلاك طاقة أفضل. يتم عرض الحلول التقنية للوحدة البصرية 100G QSFP28 BiDi في الجدول 100.

الجدول 2. 100G QSFP28 BiDi حل تكنولوجيا وحدة بصرية

يتم إدخال إشارة PAM4 الكهربائية إلى BOSA وتدفع ليزر EML لإصدار إشارة ضوئية واحدة 100G PAM4. في اتجاه الاستقبال ، يتم تحويل الإشارة الضوئية المفردة إلى إشارة كهربائية 100G PAM4 بعد BOSA ، ثم يتم تحويلها إلى أربع إشارات كهربائية 25G NRZ بواسطة DSP لمعالجة الإشارات وإدخالها إلى معدات النظام.

الشكل 2. مفرد لامدا 100G QSFP28 BiDi مخطط كتلة وظيفي للوحدة البصرية وحل تكنولوجيا BOSA

من منظور مسافة النقل ، فإن المواصفات الفنية للوحدة الضوئية 100G QSFP28 BiDi 10 كم أقل إجهادًا للحل الاختياري ، كما أن ميزانية الارتباط سهلة التحقيق. ومع ذلك ، فإن عبوة الجهاز هي بشكل أساسي BOX ، وعملية التعبئة والتغليف TO لم تنضج بعد ولا يمكن تحقيقها في الإنتاج الضخم. 100G QSFP28 BiDi 30 كم تحتوي الوحدات الضوئية التي يبلغ طولها 40 كم على متطلبات عالية لـ OMA عند جهاز الإرسال والحساسية في جهاز الاستقبال ، والتي يصعب تحقيقها بناءً على مستوى الجهاز الحالي وتتطلب مزيدًا من التقنيات الرئيسية ، مثل تحسين العملية على جهاز الإرسال لتحسين كفاءة اقتران الطاقة و زيادة هامش الحساسية عند جهاز الاستقبال لتقليل معدل العائد في الإنتاج الضخم. لم يصل اختيار الطول الموجي لوحدة 100G QSFP28 BiDi إلى إجماع في الصناعة بسبب المواصفات الفنية وقيود التشتت ، وهناك عدم يقين في تقييم وفحص رقائق الليزر ، وسلسلة الصناعة لم تنضج بعد.

في التوحيد القياسي الدولي ، كان IEEE802.3 و OIF عبارة عن وحدة بصرية 100G QSFP28 للواجهة الكهربائية عالية السرعة للقيام بالمواصفات ذات الصلة.

فيما يتعلق بالواجهة الضوئية ، أصدرت IEEE802.3 و 100G Lambda MSA تباعاً 100G QSFP28 Single Lambda 10 كم و 20 كم و 30 كم و 40 كم معايير الوحدة البصرية ثنائية الاتجاه ثنائية الألياف ، والتي تنظم المؤشرات الرئيسية مثل ميزانية الارتباط ، الطاقة الضوئية ، الانقراض النسبة ، والحساسية ، وما إلى ذلك.

الجدول 3. تقدم عملية التقييس لمسافة 100G QSFP28 Single Lambda 10km وما فوق

توجد الصعوبات التالية في اختبار الوحدات الضوئية 100G QSFP28 BiDi والتحقق منها: نظرًا لاختلاف أطوال موجات الإرسال للوحدات البصرية BiDi ، يجب اختبار جانب المرسل لكل طول موجي بشكل منفصل ، بما في ذلك المعلمات مثل الطول الموجي المركزي ، ومتوسط ​​الطاقة الضوئية للإخراج ، نسبة الانقراض ، TDECQ ، OMAouter ، التجاوز / العجز عن الهدف ، وأقصى وقت للتحويل. وفي الوقت نفسه ، قد تختلف أيضًا خصائص الاستقبال مثل معدل الخطأ في البتات (BER) وحساسية وصلة الإرسال ثنائية الاتجاه وتحتاج إلى اختبارها بشكل منفصل.

توجد طرق اختبار مختلفة للحساسية. توجد طرق اختبار مختلفة للحساسية. أولاً ، بالإشارة إلى مواصفات 100G Lambda MSA 100G-LR1 / ER1 ، يتم قياس قدرة الحساسية البصرية للرابط بواسطة جهاز الإرسال المرجعي TECQ ومقارنتها وفقًا لصيغة اختيار قيمة TECQ. والثاني هو إجراء اختبار حساسية استقبال الضغط بمعايرة إشارة الضغط البصري بعد معلمات SECQ. الأول بسيط نسبيًا ، ولكن قد تتأثر نتائج الاختبار بأجهزة إرسال مرجعية مختلفة وتنتج تحيزًا منهجيًا. يعد الاختبار الأخير أكثر اتساقًا ، ولكنه يتطلب قابلية أعلى للتكرار لمعايرة ضغط العين.

فيما يتعلق بأجهزة الشرائح الأساسية ، يمكن للوحدات البصرية 100G QSFP28 BiDi مشاركة سلسلة صناعة الوحدات البصرية 100G QSFP28 Single Lambda. أصدرت العديد من الشركات المصنعة شرائح إلكترونية ضوئية ذات صلة ، ولكن لا تزال هناك بعض التقنيات الرئيسية التي يجب اختراقها. على وجه التحديد ، تحتاج ليزر 53GBaud EML إلى عرض نطاق ترددي عالٍ ونسبة انقراض عالية وخصائص طاقة خرج كبيرة. إذا تم فحص ليزر 25GBaud EML ، يكون الناتج منخفضًا. هناك حاجة إلى تحسين جديد في تصميم هيكل الرقاقة ، وتعاطي المنشطات ، وما إلى ذلك لحل مشكلة تأمين الموثوقية مع زيادة عرض النطاق الترددي. بدأ مصنعو الرقائق بالفعل في التصميم والاستثمار. تم إنتاج كاشفات 53GBaud PIN و APD بكميات كبيرة. تتوفر عينات معدل 50G لـ DSP ، مع أداء اختبار جيد ، ومعدلات 100 / 400G في مرحلة البحث والتطوير.

العقبة الرئيسية في المستقبل ليست تصميم المنتج ، ولكن عملية التصنيع عالية الدقة. سيساعد اعتماد الحلول التي تدمج العديد من أجهزة الرقاقة المنفصلة (مثل محركات DSP المدمجة ، وما إلى ذلك) الشركات المصنعة على تحقيق استبدال أسرع باستخدام نفس عملية التصنيع وتركيز الموارد على الاختراقات.

الجدول 4. سلسلة الصناعة لأجهزة رقاقات الوحدة الضوئية 100G QSP28 BiDi

في الوقت الحاضر ، تمتلك FiberMall القدرة على توفير وحدات بصرية أحادية الموجة 100G BiDi بطول 10 كم بكميات كبيرة. مع النضج المتزايد لتقنية تغليف الجهاز 53GBaud ، فإن إنتاجية الوحدات الضوئية تتحسن تدريجياً. من المتوقع أن تكون تكلفة الوحدة الضوئية 100G QSFP28 BiDi أفضل من حل 100G QSFP28 LR4 ، مع الأخذ في الاعتبار تكلفة جهاز التقسيم والمرشح المشتركين ، وتكلفة CDR و DSP ، وعدد الليزر ومتطلبات نطاق الطول الموجي ، وتكلفة التعبئة والتغليف وعائد الإنتاج. وحدات بصرية 100G QSFP28 BiDi بطول 10 كم و 20 كم في المرحلة التجارية. تم إطلاق الوحدة البصرية 100G QSFP28 BiDi 30 كم من FiberMall كعينة ، والوحدة البصرية 100G QSFP28 BiDi 40 كم قيد التطوير وتم التحقق منها لتحقيق نقل 40 كم في بيئة معملية.

في السنوات القادمة ، سيبرز الطلب على الوحدات الضوئية 100G QSFP28 BiDi بشكل متزايد حيث تم تعزيز متطلبات المزامنة عالية الدقة وتوفير موارد الألياف وخفض تكاليف التشغيل بشكل أكبر. كانت الوحدة البصرية 100G QSFP28 LWMD4 BiDi 20km من FiberMall متاحة تجاريًا بكميات صغيرة ، ولكن التكلفة مرتفعة جدًا لأنها تستخدم 4 أزواج من الأجهزة البصرية ؛ التطبيق الخاص ب 100G وحدة بصرية واحدة Lambda BiDi QSFP28 بدأت أيضًا في شغل منصب مهم في مخطط نشر شركات النقل وتكامل موردي المعدات ومن المتوقع أن يتم تسويقها في النصف الأول من عام 2023. من المحتمل أن تحتوي الوحدة البصرية 100G Single Lambda BiDi QSFP28 على مساحة تطبيق أكبر إذا كان بإمكانها دعم كليهما إشارات Ethernet و OTN ، ولكن لا توجد شريحة 100G DSP أحادية الموجة تدعم خدمات OTN في الصناعة ، وتحتاج التطبيقات والمؤشرات ذات الصلة إلى مزيد من الدراسة.

وحدة بصرية 100G QSFP28 للمسافات التي تزيد عن 80 كم

سيناريوهات التطبيق لوحدة بصرية 100G بمسافة نقل تزيد عن 80 كم

سيناريو التطبيق من نقطة إلى نقطة:

تنطبق سيناريوهات التطبيق من نقطة إلى نقطة بشكل أساسي على الوصول إلى مركز البيانات ويتم سحب الخدمات الحاملة إلى طبقة التجميع من خلال الألياف الضوئية. على سبيل المثال ، يتم توصيل واجهات IP RAN و PTN و OLT بالشبكات الحاملة. كما هو مبين في الشكل 3 (أ) ، عادة ما تكون مسافة الإرسال لسيناريو تطبيق الضوء الرمادي من نقطة إلى نقطة 40 كم أو 80 كم أو 120 كم ، منها 40 كم تأخذ أعلى نسبة و 80 كم تأخذ الثانية. على الرغم من أن الطلب على 120 كم ليس واضحًا في الوقت الحالي ، إلا أن هناك احتمالات محتملة في المستقبل. تبدأ الوحدة البصرية التقليدية 4x25G 100G في التحرك من 10 كم / 40 كم إلى 80 كم / 120 كم. كما هو مبين في الشكل 3 (ب) ، فإن سيناريو تطبيق الضوء الملون من نقطة إلى نقطة ينطبق على حالة نقص موارد الألياف ، وتستخدم تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي لتحسين استخدام الألياف.

الشكل 3. سيناريو التطبيق من نقطة إلى نقطة

سيناريوهات تطبيق حلقة حامل طبقة الوصول المتكاملة

تحتوي حلقة حامل الوصول الشاملة بشكل أساسي على متطلبين للتطبيق. أولاً ، تطوير خدمات النفاذ الشامل والمتطلبات الجديدة لحاملها. تغطي خدمات حامل الإرسال وصول خدمة 10G و 25G إلى 100G ، أي يتم زيادة معدل الحامل إلى 100G. ثانيًا ، التحول عبر الإنترنت للأعمال القائمة وتقييد الألياف الضوئية لخط أنابيب التحضر ، وذلك لتسهيل إعادة بناء الأساس القديم وتحديث متطلبات الإرساء ، يتم تقديم تقنية WDM على الفور. باختصار ، تم تمديد مسافة النقل للوحدة البصرية 100G QSFP28 إلى 100 كم ~ 150 كم بواسطة حلقة محمل الوصول المتكاملة منخفضة التكلفة ، مما يعني أن حلقة المحمل الحضرية التقليدية بمسافة نقل تبلغ 320 كم يتم تطبيقها على حلقة محمل الوصول مع مسافة نقل أقل من 200 كم.

الشكل 4. سيناريو تطبيق الحلقة الحاملة لطبقة الوصول المتكاملة

نوعان من حلول تكنولوجيا الوحدات البصرية 100G QSFP28 لمسافات الإرسال فوق 80 كم

حل 100G LWDM4

يمكن تمديد حل الضوء الرمادي لمسافة الإرسال التي تزيد عن 80 كم باستخدام مخطط 100G QSFP28 ZR4 ، باستخدام نوع كود تعديل 4x25G NRZ على أساس الطول الموجي LWDM. تتبع الواجهة الكهربائية معيار CAUI-4 ، وتستخدم الواجهة الضوئية ليزر EML في جانب المرسل ومكبر ضوئي أشباه الموصلات (SOA) + كاشف PIN في جانب المستقبل. جميع أجهزة الإرسال والاستقبال مختومة بإحكام بـ BOX لضمان موثوقية الوحدة البصرية بشكل فعال. من أجل تلبية ميزانية الارتباط لمسافة إرسال تزيد عن 80 كم ، تكون المواصفات الفنية لجهاز الإرسال والاستقبال أكثر صرامة. من بينها ، يحتاج جانب المرسل إلى زيادة الطاقة الضوئية الناتجة بشكل كبير. نظرًا لاستخدام ليزر EML والحاجة إلى تلبية جميع القنوات الأربع للمتطلبات ، سيتأثر العائد إلى حد معين. من أجل تعزيز قوة الإضاءة ، يجب زيادة تيار الليزر ، مما قد يؤدي إلى تيار العمل في منطقة التشبع ، وكفاءة إضاءة رقاقة الليزر ، وعملية اقتران الجهاز ، وتصحيح معلمات نهاية وحدة الشعر ، وغيرها من التحديات الجديدة. في الوقت نفسه ، يتم تشديد متطلبات حساسية المستقبِل وتحتاج العملية إلى مزيد من التحسين. بالإضافة إلى ذلك ، سيؤدي التيار المتزايد إلى زيادة توليد الحرارة. يزداد استهلاك الطاقة TEC في درجات الحرارة المرتفعة ، ويجب تحسين كفاءة تبريد TEC لمراعاة متطلبات استهلاك الطاقة للوحدة الضوئية.

الجدول 5. Lتقييم ميزانية الحبر

حل 100G DWDM

يمكن تقسيم مخطط DWDM إلى نوعين من مخطط تقنية DWDM PAM2 ثنائي الموجات 50x4G ، واللون A واللون Z. مخطط اللون A: تعتمد الوحدة البصرية جهاز بصري من السيليكون ونوع كود PAM4 ، مع EDFA خارجي. يمكنها تحقيق مسافة نقل تزيد عن 80 كم لوحدة واحدة بمعدل ناقل مزدوج 100G ، ويمكن أن تصل مسافة النقل إلى حوالي 150 كم مع EDFA على مرحلتين. تستخدم الوحدة الضوئية حزمة QSFP28 وواجهة CS مزدوجة مع مكاسب تشفير عالية مدمجة SFEC (4E-3 Pre-BER) ، TOSA مع EML مبرد بسرعة 2 × 27.5 جيجا بايت ، و ROSA مع 2 × 27.5 جيجا بايت PIN.

الفرق بين اللون Z واللون A هو أن الليزر عبارة عن DFB والواجهة الضوئية هي WDM وغير متعددة الإرسال. يجب تحسين عرض النطاق الترددي للفلتر وتعويض التشتت ، كما يتم تقليل طاقة الخرج والحساسية ونسبة الإشارة إلى الضوضاء بشكل كبير مقارنة مع اللون أ. يمكن أن تصل مسافة الإرسال إلى 120 كم مع مرحلتين من EDFA.

(أ) حل اللون

(ب) محلول اللون Z

الشكل 5. 100G DWDM QSFP28 مخطط كتلة وظيفية للوحدة البصرية

فيما يتعلق بالتوحيد القياسي ، حدد IEEE802.3ct 100GBASE-ZR بناءً على نوع رمز DP-DQPSK والكشف المتماسك. ناقشت CCSA خطة المشروع القياسية الصناعية "100G QSFP28 وحدة الإرسال والاستقبال الضوئية الجزء 6: 4 × 25G ZR4" ، عند استخدام 100G QSFP28 ZR4 لدعم إرسال إشارة OTN ، يمكن استخدام المعيار التقني ITU-T لـ OTU4 كمرجع. في الوقت الحالي ، لا يوجد معيار صناعي للوحدات الضوئية المعدلة بكثافة 100G بمسافة 80 كم أو أكثر.

وحدات الطول الموجي LWDM4 البصرية LWDM80 القائمة على SOA + PIN من FiberMall للمسافات التي تزيد عن 4 كم في الإنتاج الضخم منذ الربع الرابع من عام 2022. 100 جرام DWDM QSFP28 تم شحن وحدة بصرية بمسافة تزيد عن 80 كم بناءً على حل 50G مزدوج الناقل بكميات صغيرة. يمكن للشريحة الإلكترونية الضوئية الأساسية ، برنامج SOA + PIN مشاركة سلسلة صناعة 100G ZR4 ، والموارد الاختيارية للرقاقة الإلكترونية الضوئية غنية ومرنة ومجموعات متنوعة من البرامج ، مع تأثير الحجم ومزايا التكلفة.

الوحدة البصرية 100G O-band WDM QSFP28

100G O-band WDM مع وحدة بصرية ملونة O-band IM / DD كنواة ، مع WDM خارجي / مزيل تعدد الإرسال ومكبر ضوئي. مع مزايا التشتت المنخفض ، والاستهلاك المنخفض للطاقة ، والتكلفة المنخفضة ، فإنه يدعم الألياف G.652D و G.652B ويمكنه تلبية طلب نقل النطاق الترددي الكبير للوصول إلى التوصيل والتقارب في تطبيقات 5G. إنه يساعد على تعزيز المزيد من غرق نظام WDM ، وتقليل الاستثمار في المعدات واستهلاك الطاقة ، وتوفير موارد كابل الألياف الضوئية.

من أجل أن تكون متوافقة مع معدات الشبكة الحالية ، يمكن تعبئة الوحدة الضوئية مع QSFP ، والواجهة الكهربائية 28x4G NRZ ، والواجهة الضوئية بها أربع ناقلات

(4x25G) ، ناقل مزدوج (2x50G) وحامل واحد (1x100G) ثلاثة حلول:

• حل رباعي الموجات (4x25G): متصل مع WDM / مزيل تعدد الإرسال الخارجي ومكبر صوت ضوئي من خلال واجهة MPO ، باستخدام نوع رمز NRZ ، والذي يمكن مضاعفته مع سلسلة وحدة بصرية 25G ، ومعدل توطين النظام بأكمله مرتفع. النتائج التجريبية لما يعادل 4 قنوات x100G كما هو موضح في الشكل 6 والشكل 7 ، من المتوقع أن يحقق التحسين عرض نطاق إرسال مكافئ 30 قناة x100G ومسافة إرسال 80 كم.

الشكل 6. مخطط الطيف من جانب المستقبل لمكبر 4 قنوات

الشكل 7. OSNR في نهاية المستقبل لمضاعف تحلل الموجة 4 قنوات

حل مزدوج (2x50G): يتم توصيل واجهة CS ثنائية القناة بجهاز WDM / مزيل تضاعف خارجي ومكبر ضوئي ، والذي يمكن أن يحقق عرض نطاق إرسال أكبر بالنسبة إلى الحل رباعي الموجات الحاملة. يحتوي نوع كود التعديل على خيارين ، PAM4 و NRZ ، ويمكن مضاعفة حل PAM4 مع سلسلة الوحدة النمطية البصرية 50G. نظرًا لمحدودية نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، يمكنها فقط تلبية طلب الإرسال 40 كم في الوقت الحالي ، ويحتاج حل تقنية النقل لمسافة 80 كم إلى مزيد من التحقق. يتمتع حل NRZ بميزة نسبة الإشارة إلى الضوضاء ويمكن أن يلبي بسهولة أكبر طلب نقل 80 كم ، ولكن كيف يمكن للرقاقة الكهربائية الحالية 56GBaud أن تحقق معالجة ترميز 2x25G NRZ إلى 1x50G NRZ تحتاج إلى البحث وتحتاج إلى مزيد من التعزيز بواسطة الكهرباء الشركات المصنعة للرقائق بالتعاون. يتم عرض بعض البيانات التجريبية في الشكل 8.

الشكل 8. بيانات تجريبية 50G حل NRZ

(3) حل ناقل منفرد (1x100G): يمكن تحقيق عرض نطاق أعلى للإرسال ، كما أن نوع كود التضمين له خياران PAM4 و NRZ. يمكن لبرنامج pam4 تلبية احتياجات النقل لمسافة 40 كم فقط ويمكن مضاعفة سلسلة صناعة الرقائق الكهربائية بسعة 56 جيجابايت. يحتاج برنامج تكنولوجيا 80 كم إلى مزيد من البحث. من المتوقع أن يلبي حل NRZ طلب النقل لمسافة 80 كم ، ولكن يجب تعزيز حل معالجة الكودك من نوع 112x4G NRZ إلى 25x1G NRZ بالتعاون مع سلسلة الصناعة.

فيما يتعلق بالرقائق الضوئية ، فإن الحل رباعي الناقلات هو أكثر التقنيات نضجًا. تتطلب الحلول ذات الناقل المزدوج والحامل الفردي استخدام فوسفيد الإنديوم القائم على مادة الطول الموجي بتقسيم مصدر ضوء DC عالي الطاقة ومعدّل غشاء نيوبات الليثيوم. يتميز مصدر الضوء عالي الطاقة لـ WDM DC الكثيف بالاستقرار العالي والإخراج العالي وخصائص دقة الطول الموجي العالية. يتميز معدّل نيوبات الليثيوم ذي الأغشية الرقيقة بنطاق ترددي عالٍ ، وخسارة منخفضة ، ونسبة انقراض عالية ، وخصائص زقزقة منخفضة. لذلك ، يجمع مخطط InP WDM CW LD + TFLN MZ بين الطاقة الواردة العالية وعرض النطاق الترددي العالي وتكلفة التشتت المنخفضة ونسبة الانقراض العالية في نفس الوقت. يظهر هيكل TOSA مع TFLN MZ ومبدأ مخطط الناقل المزدوج في الشكل 9 والشكل 10.

الشكل 9. رسم تخطيطي لهيكل TOSA باستخدام TFLN MZ

الشكل 10. رسم تخطيطي لحل مزدوج الناقل

يمكن لجميع الحلول الثلاثة المذكورة أعلاه تحقيق ضبط الطول الموجي ، مما يقلل من تنوع الوحدات البصرية ، مما يؤدي إلى تبسيط التطبيقات الهندسية.

فيما يتعلق بتطوير المنتجات ، أطلقت FiberMall عينات من الحل الرباعي الناقل في الربع الرابع من عام 4. الحل مزدوج الناقل قيد التطوير ومن المتوقع أن تكون العينات متاحة بحلول الربع الثالث من عام 2022. حل الناقل الفردي قيد البحث المسبق منصة. من حيث التوحيد القياسي ، لا توجد معايير دولية أو صناعية. ومع ذلك ، في مجموعات العمل ذات الصلة بجمعية معايير الاتصالات الصينية (CCSA TC3WG2023) و NGOF (CCSA TC6) ، يجري العمل على مشاريع بحثية تتعلق بالوحدات البصرية O-band ، ويجب تعزيز التقدم في وضع المعايير ونضج سلسلة الصناعة من قبل جميع الأطراف في الصناعة.

100G QSFP28 PAM4 أبحاث التكنولوجيا المضادة للانعكاس

تعد تقنية منع الانعكاس أحد العوامل المهمة التي يجب مراعاتها للروابط عالية الأداء والموثوقية. يحتوي الكود المشكل PAM4 على 4 مستويات والحد الأدنى لمستوى الإشارة 1 هو حوالي 1/3 من مستوى رمز NRZ 1 عندما يكون اتساع التعديل البصري متوافقًا مع كود NRZ. عندما تكون ضوضاء PAM4 مماثلة لتلك الخاصة بـ NRZ ، تكون نسبة الإشارة إلى الضوضاء لـ PAM4 أسوأ بحوالي 5 ديسيبل من NRZ. لذلك ، فإن PAM4 لديها تفاوت MPI أقل من NRZ ، وخفض MPI ضروري لضمان أداء إرسال إشارات PAM4.

يوضح الشكل 11 مخطط كتلة الاختبار لـ MPI. وتنقسم الإشارة الضوئية المرسلة إلى طريقتين ، أحدهما يحتوي على الموهن البصري لضبط القدرة الضوئية على قوة مناسبة للاستقبال ، والطريقة الأخرى تستخدم المستقطب والمُوهِّن البصري (أو الألياف بعيدة المدى) لمحاكاة توليد تشتت رايلي العكسي ، ويجب أن تكون الطاقة الضوئية المرسلة عالية بما يكفي لتعويض فقد الجهاز عند الإدخال. يمكن ضبط الطاقة الضوئية لكلتا الإشارتين ويمكن قياسها بمقياس القدرة الضوئية. يمكن مسح منحنيات الحساسية للإشارتين بشكل منفصل للحصول على منحنيات الحساسية المقابلة (المحور الأفقي هو الطاقة الواردة ، والمحور الرأسي هو BER) ، والفرق في الحساسية تحت نفس ظروف الطاقة الواردة هو تأثير تكلفة MPI.

الشكل 11. كتلة الرسم التخطيطي لاختبار MPI

يتم حاليًا التحقيق في حلول تحسين MPI التالية في الصناعة.

(1) تحسين عرض خط الليزر

تمت محاكاة تأثير عرض خط الليزر على MPI للإشارة الضوئية PAM8 في وقت سابق في IEEE 802.3. كما هو مبين في الشكل 12 ، يتم التحقق من تكلفة الوصلة لمختلف خطوط الليزر وانعكاسات الموصل لمسافة إرسال تبلغ 500 متر تحتوي على ستة موصلات ، ولكل منها نفس معامل الانعكاس. توضح البيانات أنه كلما كان عرض خط الليزر أضيق ، قلت متطلبات معامل انعكاس الموصل بنفس تكلفة الارتباط. لذلك ، يمكن تقليل تكلفة MPI عن طريق تحسين عرض خط الليزر.

الشكل 12. تحليل تأثير عرض خط الليزر على تكلفة MPI

(2) التعويض عن طريق DSP

ينتمي MPI إلى الضرر الخطي ، وتتغير مرحلة الإشارة المنعكسة مقارنة بالإشارة الأصلية. السعة الإجمالية للإشارة المستقبلة تعتمد على فرق الطور بين الإشارة الأصلية والإشارة المنعكسة. كلما كان فرق الطور أصغر ، زاد اتساع الإشارة الإجمالية المستقبلة ، كما هو موضح في الشكل 18. وبناءً على هذا المبدأ ، يمكن تعويض MPI بواسطة خوارزميات DSP. في الوقت الحاضر ، أطلق بائع DSP الرائد Marvell DSP مع وظيفة تعويض MPI ، وقام عدد قليل من بائعي الوحدات الضوئية بتطوير وحدات بصرية مع وظيفة تعويض MPI. ومع ذلك ، لا يزال البحث الشامل في مرحلته المبكرة ، ويحتاج التطبيق الفعلي للتأثير الهندسي إلى مزيد من التحقق. يحتاج نضج سلسلة الصناعة إلى مزيد من الترويج من قبل الأطراف ذات الصلة في الصناعة.

الشكل 13. مخطط مبدأ MPI

(3) تحسين وصلات الألياف البصرية

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أيضًا تقليل MPI عن طريق اختيار ألياف ذات جودة أفضل ، وتنظيف وجه نهاية الموصل بشكل فعال ، وتقليل الانعكاس الناجم عن فجوة هوائية أو جزيئات صغيرة في الموصل ، والاهتمام بأخطاء المحاذاة في الموصل. مثل استخدام موصل APC المشطوف للوجه 8 ° ، بحيث ينعكس الضوء المنعكس بزاوية في الكسوة ، بدلاً من انعكاسه مباشرة في مصدر الضوء لزيادة فقدان العودة ، يمكن أن يقلل من تأثير MPI.

مستوى إنتاج الوحدة الضوئية FiberMall

تعمل FiberMall بنشاط على تطوير وحدات بصرية لتلبية احتياجات تطبيقات حاملات الجيل الخامس. استنادًا إلى بحث الورقة البيضاء السابق ، يلخص الجدول 5 قدرة إنتاج الوحدات الضوئية لحامل 6G من FiberMall في الوقت الحاضر.

طاولات ومكاتب 6. قدرة إنتاج الوحدة الضوئية لحامل الألياف الضوئية 5G من FiberMall

مستوى إنتاج FiberMall oو أجهزة الرقاقة الإلكترونية الضوئية

يوضح الجدول 7 القدرة الإنتاجية الإجمالية لـ FiberMall للأجهزة ذات الرقاقة الإلكترونية الضوئية الأساسية المستخدمة في الوحدات البصرية.

الجدول 7. القدرة الإنتاجية للشريحة الإلكترونية الضوئية الأساسية

تلعب الوحدات الضوئية دورًا مهمًا في ضمان أداء الإرسال لشبكات الاتصالات المتنقلة. مع التقدم المستمر في بناء 5G والإثراء المستمر لسيناريوهات التطبيق ، من أجل تلبية متطلبات حمل النطاق الترددي الأكبر والأداء العالي والتكلفة المنخفضة والحجم الأصغر ، تستكشف FiberMall باستمرار البحث عن 5G الجديدة للأمام والمتوسط. وحدة نمطية ، من أجل الاستعداد الكامل لنشر الجيل التالي من الجيل الخامس. من أجل حل المشاكل والتحديات الحالية للحلول التقنية الجديدة بشكل فعال ، يحتاج FiberMall إلى الجمع بين قوى المنبع والمصب لسلسلة الصناعة ، والمناقشات المفتوحة ، والتعاون في القضايا الرئيسية من تعزيز الابتكار التكنولوجي ، وتوجيه تجمع السوق ، وتعزيز القاعدة الصناعية.

فيما يتعلق بالابتكار التكنولوجي ، فإن FiberMall يلبي الطلب الجديد على الوحدات الضوئية في سيناريوهات التطبيقات المختلفة من خلال البحث والتطوير التقني وابتكار مواد جديدة ، وتصميمات جديدة ، وعمليات جديدة ، وواجهات جديدة ، وما إلى ذلك. يعزز FiberMall البحث عن الجيل التالي من الوحدة الضوئية الحاملة 5G التكنولوجيا من جوانب مختلفة مثل طلب النشر وأداء النقل والبناء منخفض التكلفة وإدارة التشغيل والصيانة المريحة ، والتطوير الحميد لسلسلة الصناعة ، وتخصيص الموارد بشكل منظم وتحقيق خفض التكلفة من خلال تأثير الحجم.

يحتاج FiberMall إلى زيادة تعزيز القدرات الداعمة للقواعد الصناعية مثل منصات عمليات التصنيع عالية الدقة ، والمواد العملية ، والمعدات ، والعدادات ، وذلك لتقليل تكلفة البحث والتطوير وتقصير دورة البحث والتطوير ، وذلك لاختراق النواة والمفتاح التقنيات. يحتاج FiberMall إلى زيادة تحسين آلية التقييم الخاصة به وتقييم الجدوى والموثوقية وقابلية التشغيل البيني وتوافق الوحدات البصرية المختلفة وأجهزة الرقاقة الإلكترونية الضوئية من خلال منصة اختبار وتحقق مفتوحة ، وذلك لتوجيه الصناعة لتطوير التقنيات الرئيسية وتحسين أداء المنتج .

فايبرمول على استعداد لتعزيز التعاون وجمع الإجماع مع الصناعة لتعزيز البحث والاختبار والتقييم للتقنيات الرئيسية للجيل القادم من الوحدات الضوئية الحاملة لشبكات الجيل الخامس ، بالإضافة إلى صياغة المعايير والمواصفات ، وذلك لتعزيز الصحة والعافية. التطوير المنظم لصناعة تكنولوجيا الوحدات الضوئية لحامل 5G.