Der neueste Fortschritt der kohärenten optischen Übertragungsstandards 400G und 800G

Die rasante Entwicklung von Rechenzentrumsnetzwerken hat zu einem rasant steigenden Bedarf an optischer Netzwerkbandbreite geführt, der jährlich um über 20 % wächst, was das optische Übertragungsnetz zu Lösungen mit höherer Geschwindigkeit und höherer Kapazität treibt.

Derzeit werden 100G/200G-WDM-Systeme mit einer Wellenlänge in großem Umfang in den Backbone-Netzwerken der Betreiber kommerziell eingesetzt, und 400G-Systeme mit einer Wellenlänge haben sich von Netzwerken in Ballungsgebieten zu Backbone-Netzwerken verlagert und sind in den Mittelpunkt der Aufmerksamkeit und Anwendung gerückt Industrie. Da die optischen 400G-Übertragungsstandards in verschiedenen Standardorganisationen einen Konsens erzielen, ist „Beyond 400G“ zu einem neuen Thema geworden, das für verschiedene Standardorganisationen von Interesse ist.

Überblick über Organisationen für optische Übertragungsstandards

Zu den internationalen Standardorganisationen, die an der optischen Übertragungstechnik beteiligt sind, gehören hauptsächlich ITU-T SG15, OIF, IEEE802.3 und verschiedene MSAs (Multi-Source-Vereinbarung), und die Verteilung der Verantwortlichkeiten und die Korrespondenz zwischen jeder internationalen Standardorganisation und optischen Übertragungsgeräten sind in Abbildung 1 dargestellt.

Figure 1. Das Beziehungsdiagramm internationaler Standardorganisationen

Die 100/200/400/800GE-Ethernet-Schnittstellenspezifikationen, die von den Kundengeräten für die optische Übertragung ausgegeben werden, werden durch IEEE802.3 definiert. Die kundenseitigen optischen Modul-bezogenen Standards für die Verbindung von WDM-Geräten und Kundengeräten werden von OIF/MSA definiert. Die Systemspezifikationen des Dienstsignalkapselungs- und optischen Übertragungssystems, das in WDM-Geräten enthalten ist, werden durch ITU-T SG15 definiert, wobei ITU-T SG15 Q5 optische Fasern umfasst, Q6 WDM-Systeme und optische Geräte umfasst und Q11 die OTN-Rahmenstruktur und -Zuordnung definiert und andere Technologien. Die Implementierung des leitungsseitigen optischen Moduls wird von OIF/MSA definiert.

Die inländischen Standardorganisationen für die optische Übertragung sind hauptsächlich die Arbeitsgruppen CCSA TC6 WG1 und WG4. Die von WG1 standardisierte WDM-Ausrüstung hat eine hohe Autorität und spiegelt im Wesentlichen die Anforderungen der drei großen inländischen Betreiber und die Fähigkeiten der Geräteanbieter wider, während WG4 hauptsächlich optische Modulstandards für verschiedene Geschwindigkeiten und Anwendungen definiert.

Das Fortschrittes of Beyond 400G-Standards für die optische Übertragung

OIF war in den letzten Jahren bei verschiedenen Standardorganisationen führend bei der Standardisierung kohärenter optischer 400G- und 800G-Systeme. Im Jahr 2022 hat OIF die 400ZR-Standardspezifikation fertiggestellt. Derzeit wird an der Spezifikation von gearbeitet 800GLR und ZR, das technische Aspekte wie optische Systemparameter, FEC, DSP und OTN-Mapping umfasst. Die Fertigstellung wird für Ende 2024 erwartet. Der Standardfortschritt des OIF hat einen wichtigen Einfluss auf die technischen Trends der 802.3G-Standardisierung von ITU-T und IEEE 800.

IEEE802.3 hat die absolute Autorität bei der Spezifikation von Ethernet-Schnittstellen. IEEE802.3 standardisiert 800G/1.6T-Ethernet-Schnittstellen, einschließlich unterschiedlicher Übertragungsentfernungsschnittstellen für zwei Routen von Einkanal 100G und 200G. Erwähnenswert ist, dass es im Jahr 2023 im IEEE802.3dj-Projekt eine heftige Diskussion darüber gab, ob IMDD (Intensitätsmodulation und Direkterkennung) oder kohärente Technologie für die 800G-10-km-Anwendung eingeführt werden sollte. Schließlich beschloss 802.3dj, zwei Projektziele für 800G 10 km festzulegen und dabei unterschiedliche technische Lösungen zu nutzen. Es ist ersichtlich, dass mit der Erhöhung der Einkanalrate die Anwendungsszenarien der kohärenten Technologie ständig sinken und sich erweitern.

Die ITU-T SG15 Q6-Arbeitsgruppe hat seit der Veröffentlichung der 400G-DWDM-Spezifikation im Jahr 800 nur langsame Fortschritte bei der Standardisierung von 100G/2018G gemacht. Die Hauptursache liegt darin, dass ITU-T sich für die Standardisierung von DWDM-Systemen einsetzt, die mit mehreren Herstellern und Versuchen kompatibel sind Es ist schwierig, einen Parameter zur Bestimmung der Qualität des Senders zu finden. Für DWDM-Systeme mit kohärenter Modulation ist es jedoch schwierig, zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen. Im Februar 2023 wurde auf der Q6-Sitzung beschlossen, die Standardisierung von 400G wieder aufzunehmen und eine offene Haltung gegenüber der Standardisierung von 800G einzunehmen. Gleichzeitig wurde der zukünftige Bedarf von Q6 an einem erweiterten C+L-Band bei der Anwendung von 800G DWDM erkannt, und es lohnt sich, auf die Leistung von Q6 bei der Standardisierung von 400G und 800G zu blicken.

CCSA TC6 WG1 hat nacheinander eine Reihe von Industriestandards für Nx400G-Systeme mit optischem Wellenlängenmultiplex (WDM) fertiggestellt, darunter „Technische Anforderungen für Nx400G-Systeme mit optischem Wellenlängenmultiplex (WDM)“ und „Technische Anforderungen für Metropolitan Nx400G-Systeme mit optischem Wellenlängenmultiplex (WDM). )“ und „Technische Anforderungen für optische Wellenlängenmultiplexsysteme (WDM) mit erweitertem C-Band“. Diese Standards decken die Anwendungen von 400G-Backbone, Metropolitan- und erweitertem C-Band ab, und die Modulationsformate spezifizieren hauptsächlich 2x200Gbit/s PM-16QAM/PM-QPSK und 400Gbit/s PM-16QAM. Gleichzeitig mit der Entwicklung von DSP- (Digital Signal Processing) und Hochleistungs-FEC-Technologien (Forward Error Correction) und den Netzwerkaufbauanforderungen der Betreiber wurden zwei Industriestandards eingeführt: „Technische Anforderungen für Nx400Gbit/s Ultra-Long Distance Optical“. „Wavelength Division Multiplexing (WDM) Systems“ und „Technische Anforderungen für Metropolitan Nx800Gbit/s Optical Wavelength Division Multiplexing (WDM) Systems“ wurden in den letzten zwei Jahren initiiert. Diese Standards werden optische WDM-Systeme spezifizieren, die auf QPSK-Modulationsformaten über 120 Gbd basieren, und mit der Forschung zu 800G-Metropolnetzen beginnen, die China an die Spitze von Langstrecken- und Hochgeschwindigkeitsnetzen bringen DWDM Standardisierung.

CCSA TC6 WG4 hat sieben Serien von Standards abgeschlossen 400G In den letzten drei Jahren hat er die Intensitätsmodulations- und Phasenmodulationstechnologien entwickelt und die Standardisierung optischer 800G-Module initiiert, um die Anwendungsanforderungen optischer Systemstandards zu unterstützen.

Der Fortschritt von 400G und darüber hinaus 400G OTN

Die ITU-T SG15 Q11-Arbeitsgruppe als wichtigster Standardsetzer der OTN-Technologie erzielte einen Konsens über die schrittweise Diskussion über 400G-OTN-Standards hinaus. Die erste Phase konzentriert sich hauptsächlich auf die Formulierung von 800G-OTN-Standards, wobei der Schwerpunkt hauptsächlich auf der Übertragung von 800GE-Ethernet-Diensten und 800G-FlexO-Schnittstellentechnologie usw. liegt. Es wird erwartet, dass die relevanten Standards bis Ende 2023 fertiggestellt werden. Die zweite Phase konzentriert sich auf OTN Schnittstellentechnologie über 800G, was nach 2023 ein zentraler Punkt der Standarddiskussion sein wird.

In der ersten Arbeitsphase hat ITU-T SG15 Q11 viele Konsens erzielt. Im Hinblick auf die Übertragung von 800GE-Clientdiensten gemäß IEEE802.3 werden die ODUflex (800G)-Rate und der Referenzpunkt der 800GE-zu-OTN-Zuordnung bestimmt. Die beiden von der 257GE-Ethernet-Schnittstelle wiederhergestellten Datenströme im 800B-Format werden entsprechend der Granularität von 257B verschachtelt, um einen Datenstrom zu bilden. Um gleichzeitig die durch 257B verursachten Ausrichtungs- und MTTFPA-Probleme (mittlere Zeit bis zur falschen Paketakzeptanz) zu lösen, wird die ODUflex 4×3808-Zeilennutzlast in ganzzahlige Vielfache von 257B-Blöcken und 38-Bit-Auffüllung unterteilt, wobei 32 Bit verwendet werden CRC32 zu übertragen, um die entsprechende Fehlermarkierungsfunktion abzuschließen. Um die Taktvervielfachungsbeziehung zwischen ODUflex und der Ethernet-Schnittstelle zu vereinfachen, ist für diesen 257B-Datenstrom auch eine Ratenkompensation erforderlich, um die bei der 800GE-Ethernet-Verarbeitung gelöschte AM-Rate auszugleichen. Im Vergleich zu 400GE wird der Referenzpunkt der Zuordnung von 800GE zu OTN von 66B geändert, um Übertragungsbandbreite zu sparen und die Lücke zwischen der Ethernet-Dienstrate und der OTN-Rate zu verringern und die Möglichkeit zu erhöhen, dasselbe Modul für Ethernet-Dienst und OTN-Rate zu verwenden Code-Stream in 257B-Code-Stream umwandeln. Die Verarbeitungsfunktionen von der 800GE-PMA-Schnittstelle bis zum OTN-Übertragungsnetz sind in Abbildung 2 dargestellt.

Figure 2. Schematische Darstellung der Verarbeitungsfunktionen von 800GE bis OTN

In Bezug auf die FlexO-Schnittstellentechnologie wird sie je nach Übertragungsentfernung in die Kurzstreckenschnittstelle FlexO-x-RS und die Langstreckenschnittstelle FlexO-xD unterteilt. Darunter ist die FlexO-x-RS-Kurzstreckenschnittstelle, die in G.709.1 spezifiziert ist und hauptsächlich für die Verbindung zwischen Domänen und Domänen verwendet wird. Die Übertragungsentfernung liegt normalerweise innerhalb von 40 km. Die FlexO-xD-Schnittstelle ist in G.709.3 spezifiziert und wird hauptsächlich für die Verbindung kohärenter Schnittstellen über große Entfernungen verwendet. Die Übertragungsentfernung beträgt normalerweise 100 bis 450 km. Im Hinblick auf die Schnittstellenstandards für kurze Entfernungen ist es entschlossen, zunächst G.709.1 zu überarbeiten, die allgemeine FlexO-8-Rahmenstruktur, Rate, Overhead und Zuordnungstechnologie zu definieren und es auch anderen Standardorganisationen wie OIF oder OpenRoadm zu erleichtern beziehen sich auf die entsprechende Rahmenstruktur. Da B100G FlexO durchaus eine Rate von bis zu 800G unterstützen kann, wird festgestellt, dass die 800G FlexO-Schnittstelle weiterhin die FlexO-Rahmenstruktur basierend auf 1280×5140 wiederverwendet. Zu den neu hinzugefügten Mapping-Technologien gehört das direkte Mapping-Multiplexen von Ethernet-Diensten auf den FlexO-xe-Pfad. Dieser Servicepfad reduziert die ODUflex-Kanalschicht und den OTUCn-Multiplexing-Abschnitt im Vergleich zum herkömmlichen B100G-Mapping-Multiplexing-Pfad und ermöglicht das Multiplexen mehrerer 100GE/200GE/400GE- oder 1 800GE-Mappings direkt auf FlexO-xe.

In Bezug auf die Standards für Langstreckenschnittstellen sind im Vergleich zur 400G-FlexO-Schnittstelle mit der Erhöhung der 800G-Übertragungsbandbreite mit einem Port unter der Voraussetzung, dass die gleiche Entfernung übertragen werden soll, die Anforderungen an optische Geräte und Module strenger, so dass ein Down- Die Geschwindigkeitsschnittstelle FlexO-xe-DO wird zur ursprünglichen FlexO-x-DO-Vollratenschnittstelle hinzugefügt, was nicht nur den OTN-Multiplexpegel reduziert, sondern auch die Einfügungsfrequenz des DSP-Frame-Pilotsignals der FlexO-x-DO-Schnittstelle senkt. Diese Schnittstelle eignet sich hauptsächlich für die Punkt-zu-Punkt-Ethernet-Dienstmultiplexübertragung und unterstützt keine OTUCn- oder ODUflex-Übertragung. Im Vergleich zur OIF 800ZR-Schnittstelle kann die Übertragungsentfernung durch die FlexO 3R-Regenerationsfunktion verlängert werden.

Im Allgemeinen wurden die Standards für die optische Übertragung mit 400G-Rate im Wesentlichen von in- und ausländischen Standardorganisationen fertiggestellt DWDM Langstreckenanwendungen auf Basis der QPSK-Modulation über 128 GBd stehen im Mittelpunkt der Standards; während B400G- und höhere Raten, einschließlich 800G und sogar 1.6T, zu Forschungsschwerpunkten in- und ausländischer Standardorganisationen wie ITU-T, OIF, IEEE802.3 und CCSA geworden sind. Modulationsformate, Mapping-Technologien, erweiterte optische C+L-Systeme, Hochleistungs-FEC und andere Technologien werden zu Schlüsseltechnologien für die Standardisierung.