Descripción general de Coherent Transceiver: CFP2-DCO frente a QSFP-DD DCO frente a OSFP-DCO

En los últimos años, la tecnología de comunicación óptica coherente se ha convertido cada vez más en un punto caliente en el campo de la comunicación óptica. La comunicación óptica coherente con modulación compleja ahorra recursos de ancho de banda óptico y mejora la eficiencia de transmisión de fibra, lo cual es una excelente opción para aumentar aún más el ancho de banda de transmisión. En el campo de la comunicación de datos, la tecnología coherente también se ha convertido en la solución principal para la interconexión de centros de datos (DCI) (80~120 km). El uso de enlaces ópticos coherentes experimentará un crecimiento acelerado en los próximos años, y estas nuevas aplicaciones también presentan nuevos requisitos para los sistemas de transceptores ópticos coherentes, por lo que se han creado transceptores coherentes. En este artículo, lo llevaremos paso a paso a través de la comparación de comunicación óptica coherente y no coherente para comprender qué es la tecnología de comunicación óptica coherente e introducir cuatro tipos de transceptores coherentes que pueden realizar transmisiones de 100G-400G en el mercado actual.

 

1. ¿Qué es la tecnología de comunicación óptica coherente?

En el centro de datos y la construcción de infraestructura de red, a menudo escuchamos sobre la transmisión de 400G, y la comunicación óptica coherente es la principal dirección tecnológica para lograr esta velocidad. Tiene una gran ventaja en la transmisión troncal del lado de la línea.

La luz con la misma frecuencia y la misma dirección de vibración se puede llamar luz coherente. La modulación coherente y la tecnología de detección heterodina se utilizan principalmente en la comunicación óptica coherente, y la transceptor coherente es el principal producto basado en esta tecnología.

La llamada modulación coherente es usar la señal a transmitir para cambiar la frecuencia, la fase y la amplitud de la portadora óptica (en lugar de cambiar la intensidad de la luz como la detección de intensidad), lo que requiere que la señal óptica tenga una cierta frecuencia y fase (en lugar de no tener una determinada frecuencia y fase como la luz natural), es decir, debe ser luz coherente. Por ejemplo, el láser es un tipo de luz coherente. La llamada heterodino detección es usar un láser generado por oscilación local para mezclar con la luz de la señal de entrada en el mezclador óptico para obtener una señal de FI que varía según la misma ley que la frecuencia, la fase y la amplitud de la luz de la señal.

La tecnología de comunicación óptica coherente es ampliamente utilizada, especialmente para la comunicación de fibra óptica de longitud de onda ultra larga (2 ~ 10 μm), la comunicación óptica coherente es la más atractiva. Con el desarrollo de la tecnología de comunicación por fibra óptica, el uso de fibra óptica de longitud de onda ultralarga para realizar comunicaciones de ultralarga distancia es una de las direcciones importantes de la comunicación por fibra óptica en el futuro.

 

2. Buscadores de ayudas existentes:oherente y no-comunicación óptica coherente

La comunicación óptica coherente incluye las siguientes cuatro tecnologías clave:

• Multiplexación de polarización y modulación de alto orden: Usando las características de polarización ortogonal y la información de fase de la luz, la señal original se divide en dos muchas veces, lo que puede reducir en gran medida la tasa de procesamiento de la capa eléctrica.
• Tecnología de recepción coherente: utilizando el láser oscilador local con la misma frecuencia y fase para ser coherente con la señal óptica recibida, la información de estado de amplitud, fase y polarización se puede recuperar de la señal recibida.

• Tecnología de procesamiento de señal digital (DSP): resuelve la distorsión de la señal y el retraso de tiempo causado por la dispersión en el nivel de la señal eléctrica a través de DSP y compensa PMD y CD, lo que puede mejorar en gran medida la tolerancia de PMD y CD.
• Algoritmo FEC de alto rendimiento: el uso de la codificación de corrección de errores de reenvío FEC puede mejorar la tolerancia OSNR del sistema. Se pueden diseñar diferentes tipos de FEC y relaciones de sobrecarga para diferentes velocidades, tipos de código y requisitos de rendimiento de transmisión.

En general, se puede ver que la comunicación óptica coherente y no coherente tiene sus propias ventajas y desventajas y es adecuada para diferentes escenarios de aplicación. La comunicación óptica no coherente se utiliza principalmente en la transmisión de línea 2.5G y 10G, la transmisión de línea 40G temprana y la transmisión Metro de 100G de sublongitud de onda múltiple. La comunicación óptica coherente se utiliza principalmente para transmisión de línea 100G, transmisión de línea ultra-100G y transmisión óptica de ultra larga distancia. 

 

3. ¿Qué es un coherente ¿transceptor?

El transceptor coherente es un producto directo de comunicación óptica coherente tecnología. A continuación se introducirán cuatro tipos de módulos ópticos coherentes que han aparecido en el mercado: CFP-DCO, CFP2-DCO, OSFP-DCO y QSFP-DD DCO.

Al principio, el transceptor coherente estaba empaquetado en un factor de forma CFP. CFP MSA proporciona un ancho de paquete de 82 mm y menos de 24 W de consumo de energía, lo que es suficiente para colocar los tres elementos ópticos necesarios (láser, modulador, ICR) y DSP en CFP para formar un transceptor coherente completo. Este transceptor se llama “DCO”, que significa “Óptica Coherente Digital”. CFP-DCO se puede insertar en cualquier ranura diseñada para CFP y comunicarse con señales digitales a través del puerto óptico. Por lo tanto, los conmutadores o enrutadores equipados con ranuras CFP pueden alojar transceptores CFPS de cliente de corto alcance o transceptores CFP-DCO coherentes de largo alcance en cualquier ranura.

Sin embargo, el bajo consumo de energía, el paquete pequeño, la gran capacidad y el bajo costo son los objetivos continuos de la industria de la comunicación óptica. Por lo tanto, CFP MSA inevitablemente tiene que mantenerse al día con el tamaño de CFP2. El ancho estándar de CFP2 es de 41.5 mm e inicialmente permite un consumo de energía de 12 W. Como se muestra en la siguiente tabla, en comparación con CFP-DCO, el rendimiento de CFP2-DCO mejora significativamente. El módulo CFP2-DCO puede cumplir con las redes metropolitanas y de acceso, mientras que el ahorro de energía y densidad del CFP2-DCO offer valor considerable en términos del costo total de propiedad (TCO).

 

	Consumo de energía	Tasa de transferencia máxima	Capacidad de transmisión de larga distancia de 200G	Capacidad de transmisión de red metropolitana 400G	Consumo de energía eléctrica por 100G
CFP-DCO	32	200	si	si	0.16
CFP2-DCO	24	400	si	si	0.06

 

Dentro de los límites de potencia de CFP2, las aplicaciones de CFP2-DCO también se pueden ampliar a:

• Transmisión de ultra larga distancia CFP2-200G-DCO: relación señal-ruido óptica (OSNR) de menos de 14dB y técnicas de compensación de dispersión para transmisión de más de 2000 km.
• Transmisión de red metro CFP2-400G-DCO: hasta 800 km o incluso 1000 km, dependiendo de la calidad del enlace de fibra y el tramo EDFA.

En los últimos años, además de los modos de empaquetado CFP y CFP2, han surgido transceptores coherentes a un ritmo mayor y estándares de empaquetado más pequeños, como OSFP-DCO y QSFP-DD DCO.  

OSFP-DCO: El transceptor coherente octal de factor de forma pequeño enchufable (OSFP) está diseñado en base a modulación por desplazamiento de fase en cuadratura de polarización dual (DP-QPSK) o modulación de amplitud en cuadratura de polarización dual (DP-16QAM) o modulación de amplitud en cuadratura con forma de constelación probabilística (PCS- 16QAM), compatible con banda C extendida, detección coherente de diversidad de polarización y ecualización de enlace electrónico avanzada. La familia de productos admite velocidades de transmisión de 100/400 Gbps en un factor de forma OSFP enchufable estándar de la industria con DSP de 7 nm y se puede usar ampliamente en el operador metropolitano, el acceso y las aplicaciones de nube/DCI. Entre ellos, el transceptor coherente OSFP-400G-DCO puede alcanzar una distancia de transmisión de 120 km y puede realizar una interconexión de centros de datos (DCI) de ultra larga distancia. 

DCO de QSFP-DD: En comparación con los módulos ópticos en paquete OSFP, QSFP-DD es más pequeño, consume menos energía y es más flexible. QSFP-DD DCO también admite transmisión de 100G y 400G, pero en realidad se usa más comúnmente en el mercado de 400G. Los dos últimos transceptores coherentes de este paquete son 400G ZR y 400G ZR+. Para conocer estos dos tipos de transceptores, en primer lugar, el Foro de trabajo de Internet óptico (OIF) creó el estándar 400ZR. La especificación 400ZR fue uno de los primeros esfuerzos para definir una interfaz coherente 400G interoperable. 400ZR está dirigido hacia el borde y un alcance relativamente corto, hasta aplicaciones DCI de 120 km. El módulo 400G ZR en un factor de forma DD-QSFP está diseñado para que lo utilicen los operadores de centros de datos de hiperescala y las redes interconectadas para proporcionar interconexiones de alto ancho de banda en un espacio interoperable estándar de la industria. Capaz de transmitir 400 GB/s a más de 120 km. Y para 400ZR+, es la combinación de dos esfuerzos de estandarización (OIF y OpenROADM) lo que permite módulos conectables de alto rendimiento que brindan interoperabilidad de múltiples proveedores.

 

Especificaciones	Velocidad de datos	Tipo de modulación	Alcance objetivo
OIF 400ZR	400G	DP-16QAM	120km
AbrirZR+	400G	DP-16QAM	1400km
	300G	DP-8QAM	2500km
	200G	DP-QPSK	3000km
	100G	DP-QPSK	8000km

 

Compare estos dos tipos, en general, el estándar OIF 400ZR es principalmente un tipo de modulación única y velocidad de línea (400G) para aplicaciones metro punto a punto, mientras que 400ZR+ se enfoca en especificaciones ópticas de mayor rendimiento, que pueden lograr una velocidad de línea flexible de 100G-400G y camino óptico más largo. Por lo tanto, el módulo óptico 400G ZR+ no solo admite una tasa de 400G, sino que también puede aplicarse de manera flexible a una tasa de línea de 100G/200G/300G. Su base es utilizar la nueva estructura de marco de corrección de errores de avance OpenFEC (oFEC) y un conjunto de especificaciones de línea óptica de 100G-400G. A través de fibra SMF-28 estándar (solo EDFA), bajo el supuesto de red ideal, se estima que el rendimiento alcanzará los 480 km en modo 400G.

Si bien las interfaces 400ZR están disponibles para QSFP-DD DCO, OSFP y módulos ópticos coherentes CFP2-DCO. Sin embargo, para las aplicaciones 400ZR, los módulos ópticos en forma de paquete QSFP-DD deberían ser más populares porque QSFP-DD es menos costoso y ocupa menos espacio en comparación con otros tipos de paquetes. Por lo tanto, los módulos ópticos QSFP-DD 400G DCO serán más prometedores en el futuro para aplicaciones de comunicación óptica coherente de 400G.

 

Resumen

El aumento de los requisitos de capacidad en las aplicaciones de nube y DCI basadas en áreas metropolitanas está impulsando la demanda de la industria de módulos coherentes conectables e interoperables que prometen una mejor rentabilidad y beneficios operativos, junto con la capacidad de mezclar y combinar módulos de diferentes proveedores. Se ha desarrollado una gama de nuevos módulos ópticos coherentes, incluidos CFP-DCO, CFP2-DCO, OSFP-DCO y QSFP-DD DCO, para satisfacer estas nuevas aplicaciones. FiberMall puede proporcionar a los clientes todos estos tipos de módulos ópticos coherentes que se pueden utilizar ampliamente en las aplicaciones de transporte metropolitano, acceso y nube/DCI.