Gemeinsamer Test des optischen 400GbE-Übertragungssystems durch FiberMall

FiberMall hat in Zusammenarbeit mit Lumentum-Neophotonics, Cisco-Acacia und EXFO erfolgreich ein 927 Kilometer langes, durchgängiges, interoperables optisches 400-GbE-Übertragungssystem (Gigabit Ethernet) vorgeschlagen. Dieses System integriert die neuesten steckbaren optischen 400G-Module und erfüllt die Anforderungen von Ethernet-Clients (IEEE 802.3 400GBASE), Rechenzentrumsverbindungen (OIF 400-ZR) und Metro-/Regionalnetzen (400G OpenROADM). Die verwendeten optischen 400G-Module stammen von verschiedenen Lieferanten und enthalten DSP-Chips verschiedener Anbieter. Nachfolgend finden Sie eine Zusammenfassung der Hauptmerkmale der optischen Module 400GBASE, 400-ZR und 400-ZR+, wie sie von den wichtigsten Standardisierungsgremien definiert wurden:

1. 400G-Rechenzentrum-Verbindungsanwendungen

Wird von OIF über die 400 ZR Multi-Source-Vereinbarung (MSA) abgewickelt. Die optische Schnittstelle 400ZR kann problemlos in Ethernet-Switches oder IP-Router eingefügt werden, vorausgesetzt, der Formfaktor des Transceivers entspricht den Geräteanforderungen. Dadurch eignet sie sich besonders für IP-over-WDM-Anwendungen, typischerweise mit Übertragungsreichweiten von 40 bis 120 Kilometern.

400ZR-Transceiver: Verwenden Sie C-Band-abstimmbare Laser, DP-16QAM-Modulation bei 59.84 Gbaud und C-FEC. Die Verbindung kombiniert interne Hamming-Codes und externe Treppencodes mit einem Overhead von 14.8 %. Bei BER = 10^-15 beträgt der Codierungsgewinn von C-FEC 10.8 dB, mit einem BER-Schwellenwert vor FEC von 1e-2. Die optischen 400ZR-Module erfordern für den Back-to-Back-Betrieb ein OSNR von über 26 dB bei einer Auflösungsbandbreite von 0.1 nm.

2. 400G Metro-/Regionalnetze

Wird von OpenROADM und OpenZR+ angesprochen. OpenZR+ konzentriert sich auf die Übertragung von 400GbE-Datenrahmen, während OpenROADM 400GbE-Streams in OTN-Container kapselt. Aufgrund der höheren Effizienz von Open-FEC (O-FEC) im Vergleich zu C-FEC decken OpenROADM- und OpenZR+-Transceiver Metro-/Regionalverbindungen mit mehreren Glasfaserstrecken, optischen Verstärkern und ROADMs (rekonfigurierbare optische Add-Drop-Multiplexer) ab.

400G OpenZR+: Verwendet 63.14-Gbaud DP-16QAM und O-FEC mit einem Overhead von 15.3 %. O-FEC bietet einen Codierungsgewinn von 11.6 dB bei BER = 10^-15 mit einem Pre-FEC-Schwellenwert von 2e-2. Das erforderliche OSNR für den Back-to-Back-Betrieb in 0.1 nm Bandbreite beträgt 24 dB.

Diese gemeinsamen Tests demonstrieren die Fähigkeit zur Integration fortschrittlicher steckbarer 400G-Optiken von mehreren Anbietern. Sie gewährleisten damit die Interoperabilität und erfüllen die vielfältigen Anforderungen moderner optischer Netzwerke in verschiedenen Anwendungen.

Experimentierumgebung für drei Anwendungsszenarien

1. 400GBASE-FR4 QSFP-DD:

Modulation: PAM4 bei vier O-Band-CWDM-Wellenlängen.

Symbol-/Datenrate pro Wellenlänge: 53.125 Gbaud/106.25 Gbps.

Stromverbrauch: ~12W.

Übertragungsdistanz: 2 km.

2. 400G-OpenROADM:

Konvertierung: Elektrisch zu optisch, Kapselung von 400-GbE-Frames in OTU4 (Optical Transport Unit).

Transceiver: 400G-OpenROADM CFP2 digitale kohärente Optik (DCO).

Modulation: 400G DP-16QAM mit O-FEC.

Symbolrate: 63.14 Gbaud.

Datenrate: 505.11 Gbit/s.

Spektren: Spektrum von 58 WDM-Kanälen am Senderausgang und wiederhergestelltes Signalspektrum nach 800 km.

3. 400-ZR:

Standard: OIF mit DP-16QAM und C-FEC.

Symbol-/Datenrate: 59.84 Gbaud/478.75 Gbit/s.

Stromverbrauch: ~16.5W.

Spektren: Spektrum auf der Senderseite.

4. Kohärente Transceiver:

CFP2-DCO für OpenROADM: Enthält einen 7-nm-FinFET-DSP-ASIC und eine integrierte optische Transceiver-Unterbaugruppe (TROSA).

TROSA Components: Optische Chips und Hochgeschwindigkeits-ICs, einschließlich MZM-Treiber, TIAs und DS-DBR-Laser.

Modulation: InP DP-QPSK mit integriertem SOA zur Kompensation von Modulationsverlusten.

Empfangsfunktionen: Dualpolarisierte optische 90°-InP-Hybride mit VOAs und vierkanaligen differentiellen TIAs.

Laser-, Sender- und Empfängerfunktionen: Alles im TROSA gekapselt.

Unterstützte Formate: 100/200/300/400G DP QPSK/8QAM/16QAM, mit Baudraten von 31 bis 66 Gbaud zur Optimierung der Verbindungsabdeckung, Kapazität und spektralen Effizienz.

5. OE-MCM-Option:

Integration: Silizium-Photonik-PIC und DSP.

Optimierung: Reduziert Probleme mit der Signalintegrität, indem der Laser außerhalb des OE-MCM-Pakets platziert wird. Dadurch wird eine unerwünschte thermische Kopplung zwischen DSP und Laser vermieden.

Diese Testumgebungen und Transceiver-Eigenschaften unterstreichen die fortschrittlichen Fähigkeiten optischer 400GbE-Übertragungssysteme und gewährleisten eine robuste Leistung in verschiedenen Anwendungsszenarien, darunter Rechenzentrumsverbindungen, Metro-/Regionalnetzwerke und Ethernet-Clientdienste. Die Zusammenarbeit mehrerer Anbieter und die Integration verschiedener Technologien unterstreichen die Vielseitigkeit und Skalierbarkeit moderner optischer Netzwerklösungen.

Endgültige experimentelle Ergebnisse

1. 2 km 400GBASE-FR4:

Nach 2 km Glasfaser empfing das QSFP-DD eine Gesamtleistung von ungefähr +4.5 dBm über vier CWDM-Kanäle.

Die gemessene Bitfehlerrate (BER) vor FEC betrug ungefähr 1.4e−4, wodurch eine fehlerfreie Übertragung über dieses spezielle Glasfasersegment gewährleistet war.

• 8 x 100km 400G-OpenROADM:

Die BER für den 400G-OpenROADM-Kanal wurde gemessen, wobei die optimale Eingangsleistung zwischen +1 dBm und +3 dBm lag. Die Leistung blieb in diesem Bereich unabhängig von der Entfernung sehr konstant.

Der 400G OpenROADM-Kanal hat erfolgreich 800 km mit einer BER von 1.6 × 10−2, einem empfangenen OSNR von 25 dB und einer OSNR-Marge von ungefähr 0.8 dB abgedeckt.

Durch Hinzufügen eines programmierbaren optischen Filters nach dem CFP2-DCO-Sender wurde die Einfügung einer 75 GHz WSS-Kaskade simuliert. Das Experiment zeigte, dass bei 800 km nicht mehr als vier WSSs kaskadiert wurden, während bei 500 km bis zu 20 WSSs möglich waren.

• 125km 400-ZR:

In einer Back-to-Back-Konfiguration (BtB) wurde die Empfindlichkeit des QSFP-DD-Empfängers bei ungefähr -21 dBm gemessen.

Ohne EDFA könnte das 400G-Signal eine 40 km lange Glasfaser mit einem optischen Budget von etwa 10 dB (einschließlich Glasfaser- und Anschlussverlusten) durchlaufen.

Mit einem Mini-EDFA mit +10 dBm wurde eine fehlerfreie Übertragung über 125 km mit einem optischen Budget von ca. 26.5 dB erreicht, begrenzt durch die Dispersionskompensationsfähigkeit des Empfängers. Das gemessene ROSNR (~24 dB) lag deutlich unter der 400-ZR-MSA-Anforderung (ROSNR = 26 dB).

Zusammenfassend demonstrieren diese Experimente die Zusammenarbeit von Geräte-, Modul- und Testanbietern bei der Präsentation von 2 km 400GBASE-FR4, 8 x 100 km 400G OpenROADM und 125 km 400-ZR optischer Übertragung. Das 400-ZR+ QSFP-DD wird direkt in IP-Router und Ethernet-Switches eingesetzt. Die kommenden 400-ZR- und 400-ZR+ QSFP-DD-Module mit 0 dBm Ausgangsleistung und integriertem Micro-EDFA oder SOA werden voraussichtlich zu Schlüsseltechnologien für DCI- und Metro-/Regionalübertragungsnetze mit IPoWDM-Architektur.