تحليل تقنية 4x200G في مشهد FR

تحليل المتطلبات الفنية في سيناريو 800G FR

تعد تقنية PAM4 القائمة على قناة واحدة 200G هي الجزء الرئيسي من تقنية الجيل التالي لتعديل شدة الضوء والتوصيل البيني للكشف المباشر. سيصبح أساسًا لاتصال بصري رباعي القنوات بسرعة 4 جيجابت وأساسًا مهمًا للتوصيل البيني 800 تيرابايت / ثانية في المستقبل.

كما هو مبين في الشكل أدناه ، فإن مجموعة العمل MSA ستحدد PMD الكامل وجزء من مواصفات طبقة PMA. تشمل المواصفات FEC الجديد منخفض الطاقة والكمون كحزمة أعلى إشارة إدخال الاتصالات 112G KP4 FEC لتحسين صافي كسب الترميز (NCG) للمودم.

الشكل 1: تعريفات مواصفات PMD و PMA

يتمثل أحد الأهداف الرئيسية لتحالف MSA في تطوير مكونات إلكترونية وتناظرية بصرية جديدة ذات نطاق ترددي عريض لمكونات جهاز الإرسال والاستقبال ، بما في ذلك المحولات الرقمية إلى التناظرية (DAC) والمحولات التناظرية إلى الرقمية (ADC). لتحقيق هدف استهلاك الطاقة المنخفض للوحدات القابلة للتوصيل ، سيتم تصميم شريحة 200G PAM4 DSP في عملية CMOS مع عقدة نانومتر منخفضة ، وسيتم موازنة القنوات من خلال خوارزمية معالجة إشارة منخفضة الطاقة.

مطلوب جهاز التحكم في درجة الحرارة (TEC) في LAN-WDM ، وهو أمر غير مطلوب في حل 200G لكل قناة. بالنظر إلى ذلك ، سيتم تحليل ميزانية الطاقة لحل 4x200G 800G بناءً على CWDM4. تشمل العوامل المتعلقة بميزانية القدرة خسارة إدخال الوصلة ، والتداخل متعدد المسارات (MPI) ، وتأخير مجموعة مختلفة (DGD) ، وجزاء الإرسال والتشتت (TDP).

وفقًا للنموذج المنشور في معيار IEEE ، يتم حساب عقوبة MPI و DGD كما هو موضح في الجدول التالي. عندما يزيد معدل البث بالباود لكل قناة إلى 200 جرام ، فإن تكلفة التشتت ستكون أكبر من عقوبة التشتت البالغة 100 جرام لكل قناة. التوصية المعقولة لعقوبة مشتت جهاز الإرسال (TDP) هي 3.9 ديسيبل. لذلك ، مع الأخذ في الاعتبار السماح بتقدم المستقبل في المستقبل وخسارة الاقتران والقدرة البصرية المنبعثة النموذجية للمرسل ، تعتقد مجموعة عمل MSA أن حساسية المستقبل المطلوبة لـ 200G PAM4 يجب أن تكون حوالي -5dBm.

الجدول 1 ، حساب الغرامات لـ MPI و DGD

سوف تتدهور OSNR بنحو 3 ديسيبل بسبب معدل البث بالباود المزدوج من 100G إلى 200غ. لذلك ، يلزم وجود شفرات أقوى لتصحيح الخطأ FEC للحفاظ على حساسية المستقبِل (-5dBm) وأرضية الخطأ. كما هو مذكور أعلاه ، تحتاج الوحدة الضوئية إلى تغليف طبقة إضافية من FEC منخفض الطاقة وزمن وصول منخفض أعلى KP4. يمكن تحديد حد تصحيح الخطأ لـ FEC الجديد وفقًا لمتطلبات أداء الارتباط وميزانية الطاقة.

يقترح MSA أداء الارتباط لقناة واحدة 200G من خلال المحاكاة والتجارب. يسرد الجدول التالي معلمات الأجهزة المستخدمة في الارتباط.

Table2 - معلمات الأجهزة المستخدمة في وصلة 200G أحادية القناة

تظهر النتائج التجريبية أنه عند الجديد FEC تم ضبط العتبة على 2E-3 كما هو موضح في الشكل (أ) أدناه ، يمكن أن تصل حساسية جهاز الاستقبال إلى القيمة المستهدفة. ومع ذلك ، في هذه التجربة ، مطلوب تقدير تسلسل الاحتمالية القصوى (MLSE) للتعويض عن التداخل المفرط بين الرموز الناجم عن قيود عرض النطاق الترددي للقناة.

الشكل 2 ، نتائج تجربة ومحاكاة 200G أحادية القناة

أ) تجربة القناة الواحدة 200G ونتائج المحاكاة تتطابق مع بعضها البعض ؛

(ب) عندما يتم تحسين عرض النطاق الترددي للجهاز المعتمد ، فإن نتائج مضاهاة 200G أحادية القناة: يمكن أن يفي استخدام معادلة FFE بمتطلبات ميزانية الطاقة.

يوضح الخط المنقط في الشكل (أ) أعلاه نتائج المحاكاة بناءً على معلمات القياس للجهاز المستخدم في التجربة. بالاقتران مع النتائج التجريبية ، تُظهر المحاكاة أن النظام مقيد بعرض النطاق الترددي للمكونات مثل AD / DA و driver و E / O modulator. تظهر نتائج المحاكاة في الشكل (ب) أعلاه ، والتي تستند إلى نفس نموذج النظام (توسيع النطاق الترددي) ، مع الأخذ في الاعتبار المكونات التي من المتوقع أن توفر نطاقًا تردديًا أعلى في السنوات القليلة المقبلة. أظهرت النتائج أنه يمكن تلبية متطلبات حساسية المستقبِل 2E-3 إذا كان هناك معادلة FFE في وحدة DSP ، والتي تتماشى مع التوقعات النظرية.

بناءً على التحليل أعلاه ، في مخطط 800G-FR4 ، لا يزال يوصى باتباع TDECQ في اختبار الامتثال. ومع ذلك ، في قياس TDECQ ، قد يلزم زيادة عدد صنابير FFE للمستقبل المرجعي إلى قيمة معقولة ، ويحتاج المبلغ المحدد إلى مزيد من المناقشة. بالإضافة إلى ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه إذا كانت القدرة على الأجهزة البصرية 100Gbaud أقل من المتوقع ، فقد يلزم استخدام خوارزميات أكثر تعقيدًا (مثل MLSE) في مخطط FR4.

تحليل مخطط الحزمة 4x200G

بالنسبة للوحدة الضوئية 4x200G ، يجب إعادة النظر في حزمة جهاز الإرسال والاستقبال لضمان سلامة الإشارة ضمن نطاق نقطة تردد Nyquist (56 جيجا هرتز). يوضح الشكل التالي حلين محتملين لجهاز الإرسال. المخطط A هو مخطط تقليدي ، حيث يرتبط محرك المغير (DRV) ارتباطًا وثيقًا بالمغير (مثل EML). في المخطط B ، يتم تجميع شريحة DRV القائمة على تصميم رقاقة الوجه مع وحدة DSP لتحسين تكامل الإشارة على خط نقل التردد اللاسلكي. يمكن تحقيق كلا الحلين عن طريق التقنية الصناعية السابقة.

الشكل 3: حلان ممكنان لجهاز الإرسال

تظهر المحاكاة الأولية أن المخطط B يمكن أن يحقق نتائج جيدة ويضمن أن عرض النطاق الترددي أكبر من 56 جيجا هرتز. قد يكون السبب في التموج على المنحنى S21 للمخطط A هو انعكاس إشارة الإدخال بواسطة DRV ، والتي يمكن تحسينها من خلال التصميم المطابق لـ DRV لتحسين الأداء العام للمخطط A.

في RX ، هناك حاجة إلى الصمام الثنائي الضوئي ذي النطاق الترددي العالي (PD) مع السعة الطفيلية الأقل ومضخم المعاوقة العابرة ذي النطاق الترددي العالي (TIA) لضمان أداء عرض النطاق الترددي للمستقبل. في الوقت الحاضر ، لا توجد عقبات أمام تحقيق هذه المكونات من خلال تكنولوجيا أشباه الموصلات الأكثر تقدمًا. بقدر ما نعلم ، استثمرت الصناعة الكثير من الطاقة في تطوير هذه المكونات ومن المؤمل أن يتم إطلاقها في غضون عام إلى عامين. من ناحية أخرى ، فإن العلاقة بين PD و TIA مهمة أيضًا. سيقلل التأثير الطفيلي في الاتصال من أداء الوحدة ، لذا فهي تحتاج أيضًا إلى تحليل دقيق وتحسين.

تشفير تصحيح الخطأ الأمامي (FEC) في قناة واحدة 200G

لقد ذكرنا أعلاه أن هناك حاجة إلى FEC أكثر قوة لتلبية متطلبات الحساسية لمستقبلات 200G PAM ، أي أن كود الخطأ قبل التصحيح له عتبة أداء 2E-3. يوضح الشكل التالي المقارنة بين المخطط المنتهي والمخطط المتسلسل.

Fالشكل 4 ：مقارنة بين مخطط FEC المنتهي ونظام FEC المتسلسل

في الخيار الأول ، سيتم إنهاء KP4 واستبداله بـ FEC جديد بنفقات أعلى. هذا المخطط له مزايا في NCG والنفقات العامة. في الخيار الثاني ، يحتفظ المخطط المتسلسل المتسلسل KP4 كرمز خارجي ويدمجه مع الكود الداخلي الجديد. تتميز طريقة السلسلة المتتالية هذه بمزايا أكثر في التأخير واستهلاك الطاقة ، لذا فهي أيضًا أكثر ملاءمة لتطبيقات 800G-FR4.