وحدة 400G DWDM CFP2-DCO

يؤدي نمو حركة مرور الشبكة إلى زيادة عرض النطاق الترددي للمنفذ على شبكة الإرسال. بالنسبة للإرسال لمسافات طويلة وعالية النطاق ، توفر تقنية الإرسال المتسقة القائمة على تقسيم الطول الموجي (WDM) الحل الأفضل.

مع نضوج حلول 400G المتماسكة ، سيزداد الطلب على منافذ 400G المتماسكة. هناك نوعان من العوامل الدافعة لنمو منافذ 400G المتماسكة:

•  نمو عرض النطاق الترددي للشبكة ؛
•  زيادة عدد منافذ 400 GE من جانب العميل.

ثبت أنها الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة لاستخدام طول موجي 400 جيجا لنقل حركة مرور 400 جيجا.

وفقًا لتقرير توقعات LightCounting ، سيتم استخدام منافذ 400G المتماسكة في المزيد والمزيد من الشبكات وستشهد أسرع نمو خلال السنوات الخمس القادمة. مع الزيادة المستمرة لحركة مرور الشبكة ، وإجمالي الأطوال الموجية ، وعدد الأطوال الموجية في شبكة واحدة ، سيزيد مشغلو الشبكات أيضًا من متطلبات المرونة لإدارة الشبكة والجدولة ، وبالتالي تعزيز نشر ROADM على نطاق واسع (إضافة / إسقاط بصري قابل لإعادة التشكيل معدد).

يمكن لمزودي خدمة الإنترنت (ISP) تكوين مسارات الطول الموجي ديناميكيًا حسب الحاجة من خلال تقنية التحويل الانتقائي لطول الموجة (WSS). يمكن للمسارات الضوئية تحقيق اتصالات من نقطة إلى نقطة ، مما يقلل من زمن الوصول واستهلاك الطاقة. بسبب هذه الفوائد ، يتبنى المزيد والمزيد من مزودي خدمات الإنترنت هذا الحل.

على سبيل المثال ، في عام 2017 ، قام أحد مزودي خدمات الإنترنت الصينيين ببناء شبكات ROADM مع 364 طولًا موجيًا على طول الروافد الوسطى والسفلى لنهر اليانغتسي. يجعل تعديل المعدل المرن وتقنية الشبكة المرنة شبكات DWDM أكثر مرونة ومرونة ، بينما تستخدم أنظمة DWDM التقليدية شبكة ثابتة 50/100 جيجاهرتز وتردد مركزي وعرض القناة. في حالة توفر تقنية التشكيل والشبكة المرنة ، يمكن تخصيص تنسيق التعديل وعرض القناة لكل منفذ وفقًا للسعة ومسافة الإرسال ، مما يحسن الكفاءة الطيفية وقدرة الإرسال. فيما يلي رسم تخطيطي لمعدل مرن وشبكة لتكوين شبكة مرن.

الشكل 1: رسم تخطيطي للمعدل المرن والشبكة

تتطلب التغييرات في بنية الشبكة وحدات بصرية أكثر مرونة من جانب الخط تدعم Flex Rate و Flex Grid. الاتجاه الحالي في الشبكات الضوئية هو نحو كفاءات طيفية أعلى ، تقترب من حد شانون. وحدات بصرية متماسكة تتطور في ثلاثة اتجاهات:

• الكفاءة الطيفية: تحسين الكفاءة الطيفية وقدرة الألياف المفردة وفقًا لتقدم خوارزمية oDSP ؛
• معدل الباود: زيادة معدل البث بالباود ذو الطول الموجي الفردي ، والحصول على عرض نطاق أعلى لمنفذ واحد ، وتقليل التكلفة واستهلاك الطاقة لكل بت ؛
• حجم أصغر واستهلاك أقل للطاقة: إنها تعتمد على مكونات إلكترونية ضوئية متكاملة ، وعملية تصنيع متقدمة ، وخوارزمية oDSP مخصصة.

نظرًا لقيود شانون ، فإن الطول الموجي 64 جيجا بايت 400 جيجا لا يمكنه تحقيق الأداء المطلوب للإرسال البصري عبر مسافات طويلة. معدلات البث بالباود الأعلى وخوارزميات oDSP الأكثر تعقيدًا وقوة مطلوبة لتلبية متطلبات الشبكات الأساسية بين المدن (الإقليمية) والشبكات البعيدة المدى.

على سبيل المثال ، بالنسبة للوصلات بعيدة المدى (> 1000 كم) ، يجب أن يكون معدل البث بالباود لأطوال موجية 400 جيجا أعلى من 90 جيجا بايت ، ويجب زيادة معدلات ADC و DAC في oDSP. ومع ذلك ، مع زيادة معدلات البث بالباود ، يصبح نقل الألياف الضوئية أكثر تكلفة ويصعب تعويضه. لذلك ، هناك حاجة إلى خوارزميات تعويض أقوى للتعويض عن تلف الممر المادي.

نظرًا لاستخدام ROADM على نطاق واسع ، يجب أن يمر ارتباط الطول الموجي من طرف إلى طرف عبر عدة أو حتى عشرات من ROADMs ، بما في ذلك المفاتيح الانتقائية لطول الموجة (WSS). يقلل تأثير التراكب لتصفية WSS من عرض النطاق الترددي الفعال للرابط ، مما يضع متطلبات أعلى لخوارزمية التعويض في oDSP. يوضح الشكل أدناه تأثير ROADM متعدد المراحل على عرض نطاق القناة البصرية.

الشكل 2: تأثير ROADM متعدد المراحل على عرض نطاق القناة البصرية

بالإضافة إلى ذلك ، يرغب العديد من مزودي خدمة الإنترنت في تكوين تنسيق التعديل ومعدل الباود بمرونة وفقًا لمعدل المنفذ ومسافة الإرسال. على سبيل المثال ، قاموا بنشر 400G 16QAM لنقل 400G لمسافات طويلة و 800G 64QAM لعشرات الكيلومترات من وصلات مركز بيانات المترو لتحسين الكفاءة الطيفية وتقليل التكلفة لكل بت. باستخدام تقنية التعديل المرنة هذه والشبكة المرنة للطبقات الضوئية ، يمكن زيادة سعة الألياف إلى الحد الأقصى ، مما يوفر استثمار الكابلات الضوئية.

تلبي حلول أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية المتماسكة 400G لمسافات طويلة وكبيرة السعة من FiberMall احتياجات العملاء المختلفين. تدعم كل وحدة تعديل المعدل المرن (100G / 200G / 400G) ويتم تعبئتها في CFP2. وهي تدعم عرضًا طيفيًا 40 نانومتر للنطاق C و 48 نانومتر فائق النطاق C في نفس الوقت وتدعم 120 طولًا موجيًا كحد أقصى لتلبية احتياجات السعة الكبيرة للعملاء.

تُستخدم مكونات ضوئيات السيليكون صغيرة الحجم أو مكونات InP عالية الأداء ذات النطاق الترددي العالي لتلبية مجموعة من سيناريوهات التطبيق المختلفة. مبادئ 400G وحدات بصرية متماسكة في حزم مختلفة هي نفسها. تتكون نهاية Tx للوحدة البصرية المتماسكة 400G من oDSP ، ومحرك البيانات ، والليزر القابل لضبط الطول الموجي ، ومغير PDM-I / Q.

أولاً ، يتم تعيين البيانات من اللوحة الأم وتشفيرها. ثم يقوم Tx-oDSP بإجراء تشكيل طيفي وتعويض لعرض النطاق الترددي لوصلة البيانات. بعد ذلك ، يقوم مشغل البيانات بتضخيم السعة وإدخال البيانات المضخمة إلى المغير. يقوم المغير بعد ذلك بتحويل البيانات إلى إشارة ضوئية للإخراج. على الجانب Rx ، تدخل الإشارة الضوئية ICR وتتداخل مع الطول الموجي للمذبذب المحلي لتحقيق التحويل الكهروضوئي. بعد أخذ عينات ADC عالية السرعة للإشارة الكهربائية ، فإنها تعوض التشتت اللوني (CD) وحالة الاستقطاب (SOP). فيما يلي رسم تخطيطي للوحدة البصرية المتماسكة.

الشكل 3: رسم تخطيطي للوحدة الضوئية المتماسكة

 

فيما يلي اقتراحات للوحدات البصرية 400G CFP2-DCO المستخدمة لنقل 400G لمسافات طويلة ذات سعة كبيرة:

• متوافق مع بروتوكول CFP2 (MSA) ؛
• باستخدام حزمة CFP2 ؛
• متوافق مع 400G CAUI-8 ومواصفات واجهة FlexO ؛
• يدعم تنسيقات تعديل متعددة ، بما في ذلك QPSK و 16QAM ؛
• يدعم 400G 16QAM 500 كم @ 75 جيجاهرتز و 200 G QPSK 2000 كم @ 75 جيجاهرتز.

400G CFP2-DCP هي وحدة بصرية قابلة للتوصيل توفر الأداء الأمثل وتضم العديد من التقنيات المبتكرة لتحسين أداء نقل 400G. يوضح ما يلي مخطط كتلة 400G CFP2-DCO.

الشكل 4: مخطط كتلة 400G CFP2-DCO

• oDSP عالي الأداء ومنخفض استهلاك الطاقة
• لزيادة مسافة النقل ، تم اعتماد تقنية Turbo Product Codes (TPC) FEC - الأداء العالي ، واستهلاك الطاقة المنخفض - للاقتراب من حد شانون. كما يتم دعم معدلات المرونة من 200 جرام إلى 400 جرام. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تنفيذ ميزات قابلة للتوصيل ومنخفضة الطاقة باستخدام بنية IP / DSP منخفضة الطاقة.

بالنسبة إلى 400G CFP2-DCO ، يتم دعم تنسيقات تعديل متعددة ، بما في ذلك 400G 16QAM و 200G QPSK و DQPSK. بالنسبة للإرسال عالي السعة ، يوصى باستخدام 16QAM للإرسال أحادي الموجة 400 جيجاهرتز @ 75 جيجاهرتز. بالنسبة للشبكات الجديدة ، يوصى باستخدام QPSK للإرسال بسرعة 200 جيجاهرتز @ 75 جيجاهرتز مع مسافة إرسال تبلغ 2000 كم. في المقابل ، يتم تطبيق DQPSK على الشبكات الموجودة في سيناريوهات مختلطة لتقليل التأثير على الخطية.

• قدرة سوبر سي باند
• في نظام تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي ، تتأثر قدرة نظام ليفي واحد بشكل مباشر بعدد أطوال موجات الإرسال. وحدة CFP2 هي أول وحدة بصرية Super C-band ، تدعم 80 طول موجي من 400G @ 75G ولديها قدرة نقل بصرية أحادية الألياف تبلغ 32T. يعتمد تحقيق النطاق C الفائق على قدرات أخرى ، بما في ذلك الليزر الأساسي ، والمحكمة الجنائية الدولية لرواندا ، والمضخمات الضوئية المدمجة (OAs).

تشترك Tx و Rx في ليزر واحد لتحقيق تصميم مضغوط منخفض الطاقة في حزمة CFP2. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم تصميم الليزر الفريد من نوع FiberMall ليزر نانوي مدمج بطاقة ضوئية عالية الإخراج. يوجد أدناه طيف واسع النطاق للغاية (120 طول موجي).

الشكل 5: طيف واسع النطاق للغاية

• نطاق كبير لتعديل الطاقة الضوئية
• في النقل لمسافات طويلة ، يجب ضبط الطاقة الضوئية الناتجة للحصول على أداء أفضل. يمكن ضبط الطاقة الضوئية الناتجة لـ 400G CFP2-DCO بدقة في نطاق + 1dBm إلى + 4dBm لتلبية متطلبات طاقة الإدخال للطبقات الضوئية المختلفة.
• الضوئيات السيليكونية متكاملة المحكمة الجنائية الدولية لرواندا
• تستخدم تقنية ICTR في مجال الضوئيات السليكونية 400 جرام CFP2-DCO وحدة لتقليل الحجم المادي. نظرًا لخصائصها الضوئية الفريدة ، تتمتع فوتونات السليكون باحتباس أكبر في المجال البصري ، مما ينتج عنه هياكل أكثر إحكاما للدليل الموجي. علاوة على ذلك ، تدعم فوتونات السيليكون معالجة الاستقطاب ، والتي تتيح التعديل والاكتشاف المتماسك لإشارات 16QAM ثنائية الاستقطاب مع تقليل حجم رقاقة ICTR.
• تغليف متعدد الرقائق الكهروضوئية

تم تحسين أداء ارتباط التردد اللاسلكي من oDSP إلى المغير البصري لتقليل متطلبات السائق وبالتالي تقليل استهلاك الطاقة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تجميع الرقائق الضوئية والرقائق الإلكترونية معًا لتقليل الحجم المادي.

• OA مضغوط عالي الأداء

تستخدم تقنية ICTR لضوئيات السليكون لتحقيق حجم مضغوط ولكنها تؤدي إلى خسارة كبيرة في الإدراج. بالنسبة لمتطلبات النقل البصري عالي الأداء ، يتبنى طرف الإخراج OA صغيرًا تم تطويره بشكل مستقل بواسطة FiberMall لتضخيم الإشارة الضوئية. علاوة على ذلك ، تم تحسين NF الخاص بـ OA للإشارات الضوئية المكبرة عالية الجودة.

Hفيما يلي الاقتراحات وأو الوحدة البصرية 400G MSA للإرسال لمسافات طويلة وبسعة فائقة:

• oDSP عالي الأداء
• لزيادة مسافة النقل ، يتم استخدام تقنية FEC عالية الأداء للاقتراب باستمرار من حد شانون ، ويتم دعم معدلات مرنة من 200 إلى 800 جرام. عندما يزداد عدد ROADMs وعدد المرشحات المتتالية في بنية الشبكة الضوئية بالكامل ، يتم استخدام خوارزمية Faster-Than- Nyquist (FTN) لتحسين قدرة المرور للمرشحات ، مما يضمن أن المرشحات متعددة المراحل لا تسبب خسائر. تم دمج وحدة الحصول على البيانات وتحليلها لوصلة الألياف الضوئية في نظام إدارة الشبكة لتحسين قدرة التشغيل والصيانة خلال دورة الحياة بأكملها. يظهر أداء نقل 400G MSA في الشكل أدناه.

الشكل 6: أداء النقل لـ 400G MSA

• ليزر عالي الأداء
• في نظام 400G متماسك ، يوفر الليزر القابل للضبط إشارة ضوئية عند Tx من أجل التعديل. في Rx ، يوفر ليزر آخر قابل للضبط الإشارة الضوئية ، والتي تُستخدم كإشارة مرجعية محلية للكشف المتماسك. يجب أن يتمتع الليزر بالخصائص التالية:

- طاقة بصرية عالية الإخراج: ضمان القوة الضوئية العالية للحوادث للوحدة وتحسين أداء الإرسال ؛

- عرض خطي ضيق: يتم إدخال ضوضاء الطور غير الخطي بعد انتقال الإشارة الضوئية عبر الألياف الضوئية ، ويرتبط العرض الخطي مباشرة بضوضاء الطور. وينطبق هذا بشكل خاص على إرسالات تعديل السعة التربيعية العالية (QAM) ، والتي تزيد من متطلبات عرض الخط. يتم استخدام ليزر متكامل فريد من نوعه InP مع SOA لضمان إنتاج طاقة ضوئية عالية.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام تصميم الشبكة الفريد ونظام التحكم في الطول الموجي لتحقيق عرض خط ضيق للغاية وقفل طول موجة عالي الاستقرار. علاوة على ذلك ، من خلال تحسين وسيط الكسب وشبكة الليزر القابلة للضبط ، يتم تغطية ليزر قابل للضبط في نطاق Super-C. تظهر الصورة أدناه ليزر عالي الأداء.

الشكل 7: ليزر عالي الأداء

• المغير عالي الأداء
• عادةً ما يتم إنشاء المُعدِّلات باستخدام إحدى التقنيات: ليثيوم نيوبات (LiNbO 3) أو فوسفور الإنديوم (InP) أو ضوئيات السيليكون. لكل منها نقاط قوتها وضعفها. LiNbO3 عبارة عن منصة مكونات بصرية ناضجة يمكنها تحقيق عرض نطاق ترددي عالٍ وسعة محرك منخفض ، ولكن مع حجم مكون كبير. يدعم InP تعديل النطاق الترددي العالي ويمكنه دمج SOA لتحقيق طاقة ضوئية عالية الإخراج. ومع ذلك ، فإن InP حساس لدرجة الحرارة ، ويتطلب التحكم في درجة الحرارة TEC.
• من ناحية أخرى ، تدمج المُعدِّلات الضوئية السليكونية وحدات وظيفية متعددة الاستقطاب على مستوى الرقاقة مع تقليل الحجم المادي ، الأمر الذي يتطلب جهدًا أكبر للقيادة. يستخدم 400G MSA ركيزة شبه عازلة ومغير Mach-Zehnder الفريد لتكامل النطاق الترددي العالي InP I / Q-MZ و SOA. بهذه الطريقة ، يتم تحقيق عرض النطاق الترددي العالي والقدرة الضوئية عالية الإخراج. يوضح الشكل التالي عرض النطاق الترددي العالي الذي يدعمه مُعدِّل InP.

الشكل 8 - عرض نطاق التعديل العالي الذي يدعمه المشكل InP

• الإلكترونيات الضوئية عالية الأداء أو RFIC
• في Tx للمستقبل البصري المتماسك ، يلزم وجود سائق لتضخيم الإشارة الكهربائية لتشغيل المغير البصري. على الجانب Rx ، يلزم TIA لتحويل الإشارات الحالية إلى إشارة جهد وتضخيم إشارة الجهد. لذلك ، يجب أن يكون للسائقين و TIAs نطاق ترددي أعلى وخطي أفضل.
• إنه يحقق نطاقًا تردديًا فائقًا ، وخطية عالية جدًا ، وسائق خطي منخفض الضوضاء للغاية ، و TIA ، استنادًا إلى بنية الدوائر المبتكرة وتصميم المعادلة النشط. توفر مُعدِّلات محرك الأقراص المتماسكة (CDM) و ICR أيضًا نطاقًا تردديًا عاليًا.

Fالشكل 9 ：TIA وسائق

• ICR عالي الأداء
• يتم استخدام ICR في Rx لتلقي الإشارة الضوئية في جهاز استقبال بصري متماسك ، وتتضمن هذه العملية أيضًا خلاطات ضوئية و PDs تستخدم لتحويل الإشارات الضوئية إلى إشارات كهربائية. تشمل التقنيات المتعلقة بـ ICR تقنية السيليكون على العازل (SOI) لتكامل ICR ، وتكنولوجيا دائرة الموجة الضوئية المستوية (PLC) للخلاطات الضوئية ، و InP PD.

• يمكن استخدام الخلاطات الضوئية القائمة على تقنية SiN لتحقيق اقتران الألياف الجيدة ومعالجة الاستقطاب للحصول على أفضل تأثير للخلط البصري. يتم تثبيت InP PDs ذات النطاق الترددي العالي والحساسية العالية على شرائح SiN من خلال حزمة فريدة من نوعها ، والتي تشكل ICRs عالية التكامل وعالية الأداء وصغيرة الحجم. مخطط ICR على النحو التالي.

الشكل 10: رسم تخطيطي لـ ICR

• حزمة عالية الأداء
• يستخدم 400G MSA حزمة طراز جهاز الشاحن عالي الأداء (CDM). يتم تجميع برنامج التشغيل والمعدّل ذي النطاق الترددي العالي في مجموعة واحدة ، مما يقلل من أطوال التتبع لإشارات التردد اللاسلكي عالية السرعة ، ويضمن سلامة الإشارة عالية السرعة وعرض النطاق الترددي العالي. تستخدم بعض المنافذ الكهربائية دبابيس لضمان اتصال ثابت وعرض النطاق الترددي للإشارات الواردة ، وبالتالي تحسين أداء مكونات آلية التنمية النظيفة. الشكل التالي هو رسم تخطيطي لتعبئة المكونات عالية الأداء.

الشكل 11 ： رسم تخطيطي لتعبئة المكونات عالية الأداء

• معدلات مرنة 200-800G ، نقل قدرة كبيرة أحادية الموجة 800G
• تدعم الوحدة الصغيرة QAM عالي الترتيب من خلال بصريات oDSP القوية وعروض النطاق الترددي العالي. وفي الوقت نفسه ، يتم استخدام تشكيل الكوكبة 2.0 لدعم تعديل 200-800G. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يضمن OA المدمج إنتاج الطاقة الضوئية تحت تعديل ترتيب أعلى.

Fالشكل 12 ：تنسيقات تعديل مرنة

تؤدي الحاجة إلى سعة أعلى ، وتكلفة أقل لكل بت ، واستهلاك أقل للطاقة إلى زيادة معدلات نقل أعلى وأعلى للوحدات الضوئية. باعتبارها التكنولوجيا السائدة للجيل السابق ، دخلت 100G دورة الحياة الناضجة والمستقرة ، ومن الصعب تقليل تكلفة الوحدة. في الوقت الحاضر ، تم استخدام الوحدات البصرية السائدة 400 جيجا في سيناريوهات شبكات مختلفة مثل شبكات مركز البيانات وشبكات النقل المتكاملة الحضرية وشبكات النقل لمسافات طويلة ذات السعة الكبيرة.