اختبار مشترك لنظام نقل الضوء 400GbE بواسطة FiberMall

نجحت شركة FiberMall، بالتعاون مع Lumentum-Neophotonics وCisco-Acacia وEXFO، في اقتراح نظام نقل ضوئي بطول 927 كيلومترًا متوافق مع جميع الأطراف بسرعة 400 جيجابت إيثرنت. يدمج هذا النظام أحدث وحدات ضوئية قابلة للتوصيل بسرعة 400 جيجابت، لتلبية احتياجات عملاء Ethernet (IEEE 802.3 400GBASE)، وشبكات الربط بين مراكز البيانات (OIF 400-ZR)، والشبكات الحضرية/الإقليمية (400G OpenROADM). تأتي وحدات الضوئية بسرعة 400 جيجابت المستخدمة من موردين مختلفين وتتضمن شرائح DSP من بائعين مختلفين. فيما يلي ملخص للميزات الرئيسية لوحدات الضوئية بسرعة 400 جيجابت إيثرنت و400-ZR و400-ZR+ كما حددتها هيئات التقييس الرئيسية:

1. تطبيقات الربط بين مراكز البيانات بسرعة 400 جيجابت

يتم التعامل مع واجهة 400ZR الضوئية من خلال اتفاقية المصادر المتعددة (MSA) من OIF. يمكن إدخال واجهة 400ZR الضوئية بسهولة في مفاتيح Ethernet أو أجهزة توجيه IP، بشرط أن يفي عامل شكل جهاز الإرسال والاستقبال بمتطلبات المعدات، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص لتطبيقات IP over WDM، عادةً مع نطاقات إرسال تتراوح من 40 إلى 120 كيلومترًا.

أجهزة الإرسال والاستقبال 400ZR:استخدم ليزرات قابلة للضبط بنطاق C، وتعديل DP-16QAM بمعدل 59.84 جيجا بايت، وتصحيح الخطأ التفاضلي للخطأ C-FEC. يجمع الاتصال بين أكواد هامينج الداخلية وأكواد الدرج الخارجية، مع تكلفة إضافية تبلغ 14.8%. عند معدل الخطأ في البتات = 10^-15، يكون مكسب ترميز تصحيح الخطأ التفاضلي للخطأ C-FEC 10.8 ديسيبل، مع عتبة معدل الخطأ التفاضلي للخطأ قبل تصحيح الخطأ FEC 1e-2. تتطلب وحدات البصريات 400ZR نسبة إشارة صوتية أعلى من 26 ديسيبل عند عرض نطاق دقة 0.1 نانومتر للتشغيل المتتالي.

2. شبكات مترو/إقليمية بسرعة 400 جيجابت

تم تناول هذه المشكلة بواسطة OpenROADM وOpenZR+. يركز OpenZR+ على نقل إطارات البيانات 400GbE، بينما يقوم OpenROADM بتغليف تدفقات 400GbE في حاويات OTN. ونظرًا للكفاءة الأعلى لـ Open-FEC (O-FEC) مقارنة بـ C-FEC، فإن أجهزة الإرسال والاستقبال OpenROADM وOpenZR+ تغطي الروابط الحضرية/الإقليمية بامتدادات ألياف متعددة ومضخمات بصرية وأجهزة ROADM (مضاعفات بصرية قابلة لإعادة التكوين).

400G OpenZR+: يستخدم 63.14 جيجا بايت من DP-16QAM وO-FEC، مع تكلفة إضافية تبلغ 15.3%. يوفر O-FEC مكسب ترميز يبلغ 11.6 ديسيبل عند BER = 10^-15، مع عتبة ما قبل FEC تبلغ 2e-2. تبلغ نسبة الضوضاء البصرية المطلوبة للتشغيل المتتالي في نطاق ترددي يبلغ 0.1 نانومتر 24 ديسيبل.

يُظهر هذا الاختبار المشترك القدرة على دمج البصريات القابلة للتوصيل بسرعة 400 جيجابت المتقدمة من موردين متعددين، مما يضمن قابلية التشغيل البيني وتلبية الاحتياجات المتنوعة للشبكات البصرية الحديثة عبر تطبيقات مختلفة.

بيئة تجريبية لثلاثة سيناريوهات تطبيقية

1. 400GBASE-FR4 QSFP-DD:

التعديل: PAM4 عند أربعة أطوال موجية O-band CWDM.

معدل الرمز/البيانات لكل طول موجي: 53.125 جيجا بايت/106.25 جيجا بايت في الثانية.

استهلاك الطاقة: ~12 وات.

مسافة الإرسال: 2 كم.

2. 400G-OpenROADM:

التحويل: من كهربائي إلى بصري، وتغليف إطارات 400 جيجابت إيثرنت في وحدة النقل البصري (OTU4).

جهاز الإرسال والاستقبال: 400G-OpenROADM CFP2 البصريات المتماسكة الرقمية (DCO).

التعديل: 400G DP-16QAM مع O-FEC.

معدل الرمز: 63.14 جيجابايت.

معدل البيانات: 505.11 جيجابت في الثانية.

الأطياف: طيف 58 قناة WDM عند خرج المرسل وطيف الإشارة المستعاد بعد 800 كم.

3. 400-ZR:

المعيار: OIF مع DP-16QAM وC-FEC.

معدل الرمز/البيانات: 59.84 جيجا بايت/478.75 جيجا بايت في الثانية.

استهلاك الطاقة: ~16.5 وات.

الأطياف: الطيف في نهاية المرسل.

4. أجهزة الإرسال والاستقبال المتماسكة:

CFP2-DCO لـ OpenROADM: يتضمن 7nm FinFET DSP ASIC وتجميع فرعي بصري لجهاز الإرسال والاستقبال المتكامل (TROSA).

مكونات TROSA: رقائق بصرية ودوائر متكاملة عالية السرعة، بما في ذلك برامج تشغيل MZM، وأجهزة TIA، وأجهزة الليزر DS DBR.

التعديل: InP DP-QPSK مع SOA متكامل للتعويض عن خسارة التعديل.

وظائف الاستقبال: هجينات بصرية ثنائية الاستقطاب InP بزاوية 90 درجة مع VOA وTIAs تفاضلية رباعية القنوات.

وظائف الليزر، المرسل والمستقبل: كلها مضمنة في TROSA.

التنسيقات المدعومة: 100/200/300/400G DP QPSK/8QAM/16QAM، مع معدلات نقل من 31 إلى 66 جيجابايت لتحسين تغطية الرابط والسعة والكفاءة الطيفية.

5. خيار OE-MCM:

التكامل: PIC الفوتونية السيليكونية و DSP.

التحسين: يقلل من مشكلات سلامة الإشارة عن طريق وضع الليزر خارج حزمة OE-MCM، مما يزيل الاقتران الحراري غير المرغوب فيه بين DSP والليزر.

تسلط بيئات الاختبار وخصائص أجهزة الإرسال والاستقبال الضوء على القدرات المتقدمة لأنظمة نقل البيانات الضوئية 400GbE، مما يضمن أداءً قويًا عبر سيناريوهات التطبيق المختلفة، بما في ذلك شبكات الربط بين مراكز البيانات والشبكات الحضرية/الإقليمية وخدمات عملاء Ethernet. تؤكد الجهود التعاونية للعديد من البائعين ودمج التقنيات المختلفة على تنوع حلول الشبكات الضوئية الحديثة وقابليتها للتوسع.

النتائج التجريبية النهائية

1. 2 كم 400GBASE-FR4:

بعد 2 كم من الألياف، تلقى QSFP-DD طاقة إجمالية تبلغ حوالي +4.5 dBm عبر أربع قنوات CWDM.

كان معدل خطأ البت (BER) قبل FEC المقاس حوالي 1.4e−4، مما يضمن نقلًا خاليًا من الأخطاء عبر جزء الألياف هذا المحدد.

• 8 × 100 كم 400G-OpenROADM:

تم قياس معدل الخطأ في البتات (BER) لقناة 400G-OpenROADM، مع طاقة إدخال مثالية تتراوح من +1 ديسيبل إلى +3 ديسيبل. وظل الأداء ثابتًا للغاية عبر هذا النطاق، بغض النظر عن المسافة.

نجحت قناة 400G OpenROADM في تغطية مسافة 800 كيلومتر بنسبة خطأ في البتات (BER) تبلغ 1.6 × 10−2، واستقبلت نسبة إشارة صوتية (OSNR) تبلغ 25 ديسيبل، وهامش نسبة إشارة صوتية (OSNR) يبلغ حوالي 0.8 ديسيبل.

من خلال إضافة مرشح بصري قابل للبرمجة بعد جهاز الإرسال CFP2-DCO، تم محاكاة إدخال سلسلة WSS بتردد 75 جيجاهرتز. أظهرت التجربة أنه على مسافة 800 كم، لم يتم توصيل أكثر من أربعة WSS بشكل متتابع، بينما على مسافة 500 كم، كان من الممكن توصيل ما يصل إلى 20 WSS.

• 125 كم 400-ZR:

في إعداد ظهر إلى ظهر (BtB)، تم قياس حساسية جهاز الاستقبال QSFP-DD عند حوالي -21 ديسيبل ميلي واط.

بدون أي EDFA، يمكن لإشارة 400G أن تقطع مسافة 40 كيلومترًا من الألياف بميزانية بصرية تبلغ حوالي 10 ديسيبل (بما في ذلك خسائر الألياف والموصل).

باستخدام +10 dBm mini-EDFA، تم تحقيق نقل خالٍ من الأخطاء على مسافة 125 كم بميزانية بصرية تبلغ حوالي 26.5 ديسيبل، محدودة بقدرة تعويض التشتت في جهاز الاستقبال. كان معدل ROSNR المقاس (~24 ديسيبل) أقل بكثير من متطلبات 400-ZR MSA (ROSNR = 26 ديسيبل).

باختصار، توضح هذه التجارب الجهود التعاونية لموردي الأجهزة والوحدات والاختبارات في عرض نقل بصري 2 كم 400GBASE-FR4 و8 × 100 كم 400G OpenROADM و125 كم 400-ZR. سيتم إدخال 400-ZR+ QSFP-DD مباشرة في أجهزة توجيه IP ومفاتيح Ethernet. من المقرر أن تصبح وحدات 400-ZR و400-ZR+ QSFP-DD القادمة بقوة خرج 0 ديسيبل ميلي وات، والتي تتميز بـ micro-EDFA أو SOA متكاملة، تقنيات محورية لشبكات النقل DCI وشبكات النقل الحضرية/الإقليمية باستخدام بنية IPoWDM.