400GDWDMCFP2-DCOモジュール

ネットワークトラフィックの増加は、伝送ネットワークのポート帯域幅の増加につながります。 長距離および高帯域幅の伝送には、波長分割多重（WDM）ベースのコヒーレント伝送テクノロジが最適なソリューションを提供します。

400Gコヒーレントソリューションが成熟するにつれて、400Gコヒーレントポートの需要が急増します。 400Gコヒーレントポートの成長にはXNUMXつの推進要因があります。

•  ネットワーク帯域幅の増加;
•  クライアント側の400GEポートの数を増やします。

400つの400G波長を使用してXNUMXGEトラフィックを伝送することが、最も費用効果の高い方法であることが証明されています。

LightCountingの予測レポートによると、400Gコヒーレントポートはますます多くのネットワークで使用され、今後5年間で最も急速に成長するでしょう。 単一ネットワーク内のネットワークトラフィック、総波長、および波長数の継続的な増加に伴い、ネットワークオペレーターは、ネットワーク管理とスケジューリングの柔軟性要件も増加させ、ROADM（再構成可能な光アド/ドロップ）の大規模な展開を促進します。マルチプレクサ）。

インターネットサービスプロバイダー（ISP）は、波長選択スイッチング（WSS）テクノロジを介して、必要に応じて波長パスを動的に構成できます。 光パスはポイントツーポイント接続を実現し、遅延と消費電力を削減します。 これらの利点により、ますます多くのISPがこのソリューションを採用しています。

たとえば、2017年に、中国のISPの364つが、揚子江の中流域と下流域に沿って50波長のROADMネットワークを構築しました。 柔軟なレート変調と柔軟なメッシュテクノロジーにより、DWDMネットワークはより柔軟で復元力がありますが、従来のDWDMシステムは、固定の100/XNUMX GHzメッシュ、中心周波数、およびチャネル幅を使用します。 柔軟な変調およびグリッド技術が利用可能な場合、各ポートの変調フォーマットとチャネル幅を容量と伝送距離に応じてカスタマイズできるため、スペクトル効率と伝送容量が向上します。 以下は、柔軟なネットワーク構成のための柔軟なレートとメッシュの概略図です。

図1：柔軟なレートとグリッドの概略図

ネットワーク アーキテクチャの変更により、Flex Rate と Flex Grid をサポートする、より柔軟な回線側光モジュールが必要になります。 光ネットワークの現在の傾向は、より高いスペクトル効率に向かっており、シャノン限界に近づいています。 コヒーレント光モジュール 次の XNUMX つの方向に発展しています。

• スペクトル効率：oDSPアルゴリズムの進捗状況に応じて、スペクトル効率と単一ファイバー容量を改善します。
• ボーレート：単一波長のボーレートを上げ、より高いシングルポート帯域幅を取得し、ビットあたりのコストと消費電力を削減します。
• 小型化と低消費電力：統合されたオプトエレクトロニクスコンポーネント、高度な製造プロセス、および専用のoDSPアルゴリズムを採用しています。

シャノンの制限により、64 Gbaud 400G波長では、長距離の光伝送に必要な性能を達成できません。 都市間（地域）および長距離バックボーンネットワークの要件を満たすには、より高いボーレートとより複雑で強力なoDSPアルゴリズムが必要です。

たとえば、長距離リンク（> 1000 km）の場合、400G波長のボーレートは90 Gbaudを超える必要があり、oDSPのADCとDACの両方のレートを上げる必要があります。 ただし、ボーレートが増加すると、光ファイバー伝送はより高価になり、補償がより困難になります。 したがって、物理的な車線の損傷を補償するには、より強力な補償アルゴリズムが必要です。

ROADMが広く使用されていることを考えると、エンドツーエンドの波長リンクは、波長選択スイッチ（WSS）を含む数個または数十個のROADMを通過する必要があります。 WSSフィルタリングの重ね合わせ効果により、リンクの有効帯域幅が減少します。これにより、oDSPの補償アルゴリズムの要件が高くなります。 次の図は、光チャネル帯域幅に対する多段ROADMの影響を示しています。

図2：光チャネル帯域幅に対する多段ROADMの影響

さらに、多くのISPは、ポートレートと伝送距離に応じて変調フォーマットとボーレートを柔軟に構成したいと考えています。 たとえば、400G長距離伝送には16G 400QAMを、数十キロメートルのメトロデータセンター相互接続には800G 64QAMを導入して、スペクトル効率を改善し、ビットあたりのコストを削減します。 この柔軟な変調技術と光学層の柔軟なメッシュにより、ファイバ容量を最大化して、光ケーブルへの投資を節約できます。

ファイバーモールの長距離で大容量の 400G コヒーレント光トランシーバー ソリューションは、さまざまな顧客のニーズを満たします。 各モジュールは柔軟なレート変調 (100G/200G/400G) をサポートし、CFP2 でパッケージ化されています。 スペクトル幅 40nm の C バンドと 48nm のスーパー C バンドを同時にサポートし、最大 120 波長をサポートして、お客様の大容量ニーズに対応します。

小型シリコン フォトニクス コンポーネントまたは高性能高帯域幅 InP コンポーネントは、さまざまなアプリケーション シナリオを満たすために使用されます。 400Gの原理 コヒーレント光モジュール 異なるパッケージで同じです。 400G コヒーレント光モジュールの送信側は、oDSP、データ ドライバー、波長可変レーザー、PDM-I/Q 変調器で構成されています。

まず、マザーボードからのデータがマッピングおよびエンコードされます。 次に、Tx-oDSPは、データリンク帯域幅のスペクトルシェーピングと補償を実行します。 その後、データドライバは振幅を増幅し、増幅されたデータを変調器に入力します。 次に、変調器はデータを出力用の光信号に変換します。 Rx側では、光信号がICRに入り、局部発振器の波長と干渉して光電変換を実現します。 高速ADCは電気信号をサンプリングした後、色分散（CD）と分極状態（SOP）を補正します。 以下は、コヒーレント光モジュールのブロック図です。

図3：コヒーレント光モジュールのブロック図

 

400G大容量長距離伝送に使用される2GCFP400-DCO光モジュールの提案は次のとおりです。

• CFP2プロトコル（MSA）に準拠。
• CFP2パッケージを使用します。
• 400GCAUI-8およびFlexOインターフェース仕様に準拠。
• QPSKや16QAMなどの複数の変調フォーマットをサポートします。
• 400G 16QAM 500 km @75GHzおよび200GQPSK2000 km @75GHzをサポートします。

400G CFP2-DCPは、最適なパフォーマンスを提供し、400G伝送パフォーマンスを強化するためのいくつかの革新的なテクノロジーを組み込んだプラグイン可能な光モジュールです。 次に、400GCFP2-DCOのブロック図を示します。

図4：400GCFP2-DCOのブロック図

• 高性能で低消費電力のoDSP
• 伝送距離を伸ばすために、ターボ製品コード（TPC）FECテクノロジー（高性能、低消費電力）が採用され、シャノンの限界に近づいています。 200Gから400Gまでの弾性率もサポートされています。 さらに、プラグイン可能で低電力の機能は、低電力のIP/DSPアーキテクチャで実装されます。

400G CFP2-DCOの場合、400G 16QAM、200G QPSK、およびDQPSKを含む複数の変調フォーマットがサポートされます。 大容量伝送の場合、単一波長16G@400GHz伝送には75QAMをお勧めします。 新しいネットワークの場合、伝送距離が200kmの75G@2000GHz伝送にはQPSKを使用することをお勧めします。 対照的に、DQPSKは、線形性への影響を減らすために、混合シナリオの既存のネットワークに適用されます。

• スーパーCバンド機能
• 波長分割多重システムでは、シングルファイバーシステムの容量は、伝送波長の数に直接影響されます。 CFP2モジュールは、最初のスーパーCバンド光モジュールであり、80G @ 400Gの75波長をサポートし、32Tの単一光ファイバ伝送容量を備えています。 スーパーCバンドの実現は、基盤となるレーザー、ICTR、内蔵光増幅器（OA）などの他の機能に依存しています。

Tx と Rx は単一のレーザーを共有し、CFP2 パッケージで低電力のコンパクトな設計を実現します。 さらに、FiberMall の独自のレーザー設計では、高出力の光パワーを備えたコンパクトなナノレーザーを利用しています。 以下は超広帯域スペクトル (120 波長) です。

図5：超広帯域スペクトル

• 広い出力光パワー調整範囲
• 長距離伝送では、より良い性能を得るために出力光パワーを微調整する必要があります。 400G CFP2-DCOの出力光パワーは、さまざまな光レイヤの入力パワー要件を満たすために、+ 1dBm〜+4dBmの範囲で正確に調整できます。
• シリコンフォトニクス統合ICTR
• シリコンフォトニクスICTR技術は、 400GCFP2-DCO 物理サイズを最小化するためのモジュール。 シリコンフォトニクスは、その独自の光学特性により、光場の閉じ込めが大きくなり、よりコンパクトな導波路構造が得られます。 さらに、シリコン フォトニクスは偏波処理をサポートしており、ICTR チップ サイズを最小限に抑えながら、二重偏波 16QAM 信号の変調とコヒーレント検出を可能にします。
• 光電マルチチップパッケージ

oDSPから光変調器へのRFリンクのパフォーマンスは、ドライバの要件を減らして消費電力を減らすように最適化されています。 さらに、物理的なサイズを小さくするために、光チップと電子チップが一緒にパッケージ化されています。

• 高性能コンパクトOA

シリコンフォトニクスのICTR技術を用いて小型化を実現していますが、挿入損失が大きくなっています。 高性能光伝送の要件に対して、出力端子は光信号を増幅するためにFiberMallが独自に開発した小型OAを採用しています。 さらに、OA の NF は、高品質の増幅光信号用に最適化されています。

H提案がありますfまたは、長距離および超大容量伝送用の400GMSA光モジュール:

• 高性能oDSP
• 伝送距離を伸ばすために、高性能FEC技術を使用してシャノンの限界に継続的に近づき、200〜800Gの弾性率がサポートされています。 全光ネットワークアーキテクチャでROADMの数とカスケードされたフィルターの数が増えると、Faster-Than-Nyquist（FTN）アルゴリズムを使用してフィルターのパススルー機能が強化され、多段フィルターが確保されます。損失を引き起こさないでください。 光ファイバリンクのデータ取得および分析モジュールは、ネットワーク管理システムに統合されており、ライフサイクル全体の運用および保守機能を向上させます。 400GMSAの伝送性能を下図に示します。

図6：400GMSAの伝送性能

• 高性能レーザー
• コヒーレント400Gシステムでは、波長可変レーザーがTxで変調用の光信号を提供します。 Rxでは、別の波長可変レーザーが光信号を提供します。この光信号は、コヒーレント検出のローカル基準信号として使用されます。 レーザーには次の特性が必要です。

–高出力光パワー：モジュールの高入射光パワーを確保し、伝送性能を向上させます。

–狭い線幅：光信号が光ファイバを透過した後に非線形位相ノイズが発生し、線幅は位相ノイズに直接関係します。 これは、特に、高直交振幅変調（QAM）伝送に当てはまります。これにより、線幅の要件がさらに増加し​​ます。 高出力の光パワーを確保するために、SOAを備えた独自のInP統合レーザーが使用されています。

さらに、独自のグレーティング設計と波長制御方式を使用して、超狭線幅と高安定波長ロックを実現しています。 さらに、レーザーの利得媒体と調整可能なグレーティングを最適化することにより、Super-Cバンドの調整可能なレーザーがカバーされます。 下の写真は高性能レーザーを示しています。

図7：高性能レーザー

• 高性能モジュレーター
• 通常、変調器は、ニオブ酸リチウム（LiNbO 3）、インジウムリン（InP）、またはシリコンフォトニクスのいずれかの技術を使用して作成されます。 それぞれに長所と短所があります。 LiNbO3は、高帯域幅と低駆動振幅を実現できる成熟した光学部品プラットフォームですが、部品サイズが大きくなっています。 InPは高帯域幅変調をサポートし、SOAを統合して高出力光パワーを実現できます。 ただし、InPは温度に敏感であり、温度制御にはTECが必要です。
• 一方、シリコンフォトニック変調器は、より大きな駆動電圧を必要とする物理的サイズを縮小しながら、チップレベルで分極多重化機能ユニットを統合します。 400G MSAは、半絶縁性基板と独自のマッハツェンダー変調器を使用して、高帯域幅のInP I/Q-MZとSOAを統合します。 このようにして、高い変調帯域幅と高い出力光パワーが実現されます。 次の図は、InP変調器でサポートされている高い変調帯域幅を示しています。

図8：InP変調器でサポートされる高い変調帯域幅

• 高性能オプトエレクトロニクスまたはRFIC
• コヒーレント光受信機のTxでは、光変調器を駆動するために電気信号を増幅するドライバが必要です。 Rx側では、電流信号を電圧信号に変換し、電圧信号を増幅するためにTIAが必要です。 したがって、ドライバーとTIAは、より高い帯域幅とより優れた線形性を備えている必要があります。
• 革新的な回路アーキテクチャとアクティブイコライゼーション設計に基づいて、超高帯域幅、超高線形性、超低ノイズ線形ドライバ、およびTIAを実現します。 コヒーレントドライブ変調器（CDM）とICRも高帯域幅を提供します。

Fイグレ9：TIA そして、ドライバ

• 高性能ICR
• ICRは、コヒーレント光レシーバーで光信号を受信するためにRxで使用されます。このプロセスには、光信号を電気信号に変換するために使用される光ミキサーとPDも含まれます。 ICR関連のテクノロジには、ICR統合用のシリコンオンインシュレータ（SOI）テクノロジ、光ミキサー用の平面光波回路（PLC）テクノロジ、およびInPPDが含まれます。

• SiNテクノロジーに基づく光ミキサーを使用して、良好なファイバー結合と偏光処理を実現し、最高の光ミキシング効果を得ることができます。 高帯域幅と高感度のInPPDは、独自のフリップチップパッケージを介してSiNチップに搭載され、高集積、高性能、小型のICRを形成します。 ICR図は次のとおりです。

図10：ICRの概略図

• 高性能パッケージ
• 400G MSAは、高性能充電器デバイスモデル（CDM）パッケージを使用します。 高帯域幅のドライバと変調器は単一のアセンブリにパッケージ化されており、高速RF信号のトレース長を短縮し、高速信号の完全性と高帯域幅を保証します。 一部の電気ポートは、ピンを使用して着信信号の安定した接続と帯域幅を確保し、それによってCDMコンポーネントのパフォーマンスを向上させます。 次の図は、高性能コンポーネントパッケージの概略図です。

図11：高性能コンポーネントパッケージの概略図

• 200-800Gフレキシブルレート、シングルウェーブ800G大容量伝送
• マイクロモジュールは、強力なoDSPと高帯域幅の光学系によって高次QAMをサポートします。 一方、コンステレーションシェーピング2.0は、200〜800Gの調整をサポートするために使用されます。 さらに、内蔵OAは、高次変調下での出力光パワーを保証できます。

Fイグレ12：柔軟な変調フォーマット

より高い容量、ビットあたりのより低いコスト、およびより低い消費電力の必要性は、光モジュールのますます高い伝送速度を推進しています。 前世代の主流技術として、100Gは成熟した安定したライフサイクルに入り、単価を下げることは困難です。 現在、主流の400G光モジュールは、データセンターネットワーキング、メトロポリタン統合ベアラネットワーク、大容量長距離伝送ネットワークなどのさまざまなネットワークシナリオで使用されています。