コヒーレント光リンクの消費は、今後数年間で爆発的な成長の到来を告げるでしょう。 これらの新しいアプリケーションは、コヒーレント光トランシーバーシステムの新しい要件も提唱します。これにより、コヒーレントトランシーバーユニットは、ラインカードおよびMSAトランシーバーとの当初の統合から、独立した標準化されたプラガブル光トランシーバーへと進化します。 この記事では、プラガブルコヒーレント光トランシーバーの開発動向について説明し、400Gコヒーレント規格を比較および分析します。
プラグ可能なコヒーレント光トランシーバーの開発
MANまたはデータセンターで使用されるクライアント光トランシーバーと比較して、光伝送ネットワークで使用されるコヒーレント光トランシーバーユニットは、通常、ライン側のシングルボードに組み込まれるか統合されますが、ポート密度が低く、電力が大きいという欠点があります。消費、非標準設計など。長い間、ネットワークオペレータは、伝送光トランシーバがクライアント光トランシーバと同じまたは類似のフォームファクタを持つことを望んでいました。 近年、CMOS技術と統合フォトニック技術を備えた高度なDSPチップが進歩しており、より小型で低消費電力のプラガブルコヒーレントパッケージ光トランシーバーが可能になっています。
長年の開発の後、標準化されたプラグ可能な光トランシーバは、光通信の回線側でのサービス伝送に必須の選択肢になりました。 MANおよびバックボーンネットワークで使用されるコヒーレント光トランシーバーの開発動向には、次の特徴があります。
-高速： 100G / 200Gから400Gに、そして800Gbpsのレートに進化します。
-小型化： 100GMSAフォームファクタからCFP/CFP2DCO / ACOに切り替えると、現在のパッケージ標準は400G OSFP DCO、QSFP-DD DCOなどになります（図1を参照）。
-低消費電力： たとえば、システム全体の消費電力要件を考慮すると、QSFP-DDフォームファクタのコヒーレント光トランシーバの消費電力は15W以下です。
-相互接続の標準化： 従来、機器メーカーは独自の専用インターフェースボードを使用し、独自の高次変調方式とFECアルゴリズムを使用しています。 異なるメーカーのインターフェースは相互に通信できません。 したがって、コヒーレント光トランシーバーの相互接続は、業界が取り組んできた方向です。
図1つの標準化されたパッケージ（QSFP-DD、OSFP、CFP2-DCO）のプラガブルコヒーレント光トランシーバー
200GCFP2-DCOおよび400GQSFP-DDZRは、Fibermallで最も人気のあるコヒーレント光トランシーバーです。
-200GCFP2-DCOの機能は次のとおりです。
ホットプラグ可能なCFP2フォームファクタで利用可能
Cバンドフルバンドチューナブル超狭線幅レーザー
シングルモードファイバを介した最大80km/500kmの伝送距離
DP-QPSK変調を使用する
デュアルLC光ポート
商用グレードの動作温度範囲は0〜70℃です
電源電圧3.3V
RhoHS準拠（鉛フリー）
-400G QSFP-DD ZR：
エッジDCIに最適
オープンインターネットワーキングフォーラム（OIF）準拠
400Gデータレートをサポート
最大120kmのポイントツーポイントのリーチを提供します
インターネットサービスの開発、クラウドインフラストラクチャの構築、およびAIコンピューティング、テレコム、およびデータセンターのオペレーターの必要性に伴い、さまざまなメーカーの光トランシーバーの相互運用性に関する明確な要件が提示されています。
FEC規格に関しては、GFEC、SCFEC、RS10、CFEC、oFEC、SD-FECなどのさまざまなタイプがあり、さまざまなレートと規格に対応しており、一般に6つの世代に分けることができます。第6.7世代はブロックです。コードでは、ゲイン要件は8dBで、オーバーヘッドは6.7％です。 第11世代はカスケードインターリーブ反復であり、ゲイン要件は25dB、オーバーヘッドはXNUMX％です。 第XNUMX世代はソフトデシジョンSD-FECで、ゲイン要件はXNUMXdB、オーバーヘッドはXNUMX％以上で、ターボ製品コード（TPC）と低密度パリティチェックコード検証（LDPC）アルゴリズムを使用しています。コンステレーション確率整形に基づくFECの生成は、まだ標準をリリースしていません。
DSPアルゴリズムでは、400ZRを例にとると、フレームフォーマット、非差分符号化、調整マーク、シンボルマッピングルール、トレーニングシーケンス、パイロットシンボル、その他の相互通信に必要な情報が標準化されています。 MIS規格に関しては、CFP MIS、C-CMIS、CMISなどのさまざまな規格タイプがすでにあります。 ZTEのコヒーレント光トランシーバー製品は、常に業界をリードするレベルにあります。 自社開発の100G/200G / 400G / 600G MSAトランシーバーを次々と発売し、業界をリードして100G CFP、200G / 400G DCFP2シリーズプラガブル光トランシーバー、DCFP2/QSFP-DDおよびその他の自己を使用した高度に統合されたプラガブルトランシーバーを発売しました。 -開発された光および電気チップも徐々に開発されています。
400Gコヒーレント標準の比較分析
現在の商用コヒーレント技術は単一波長800Gに発展しましたが、現在、800Gには業界に関連する標準がありませんが、400Gコヒーレント技術には400ZR、OpenROADM、OpenZR+のXNUMXつの標準があります。
400ZRは、2016年にOptical Internetworking Forum（OIF）によって開始されたプロジェクトであり、データセンター相互接続（DCI）400Gコヒーレント光トランシーバーのQSFP-DDやOSFPなどのフォームファクターをサポートできるパワーバジェットを備えた相互運用可能なコヒーレント光トランシーバーインターフェイスを標準化します。 OIFによって提案されたこのフォームファクタは、15Wトランシーバーの電力目標を満たす必要があるため、伝送パフォーマンスを犠牲にする可能性がある特定のアプリケーションに焦点を当てています。
OIF-400ZRは、エッジDCIアプリケーションを対象としています。 クライアント側は400GbEレートのみを定義し、伝送距離は80〜120kmであり、CFEC前方誤り訂正が使用されます。 OIFは、一貫性のある相互運用性標準が可能であることを実証しており、提案されている400ZRソリューションは業界で十分にサポートされています。 同時に、システムオペレーターは、これらの高密度フォームファクターの熱性能をさらに改善する余地があることを証明しました。これにより、これらのフォームファクターを備えた光トランシーバーは、より高いパフォーマンスを提供する追加機能をサポートできます。
OIFの成功に基づいて、AT＆Tが主導する通信事業者は、長距離伝送をサポートできる標準のOpenROADMMSAを定義しました。 OpenROADMは、他のプロトコルをサポートし、対応するオーバーヘッドビット比を増やす必要があるOTNネットワーク向けに設計されています。 OpenROADM MSAは、主に通信事業者のROADMネットワークアプリケーション向けです。 これは、100kmの伝送距離で、端末インターフェイスに200G、400G、500GbEレートおよびOTNを定義します。 オープンFEC（oFEC）前方誤り訂正アルゴリズムを採用しています。
400ZRとOpenROADMは、データセンター相互接続とテレコム光伝送ネットワーク用のプラガブルコヒーレント光トランシーバーのタイプとパフォーマンス特性をそれぞれ定義しますが、それぞれに特定の制限と欠点があります。 たとえば、400ZRは400GbEクライアント側インターフェイスのみをサポートしますが、OpenROADMは通信事業者のネットワークシナリオにのみ適用されます。 したがって、業界の一部の主流メーカーは、OIF-400ZR標準とOpen ROADM標準のそれぞれの利点を組み合わせて、別のMSA標準であるOpenZR+を立ち上げました。 これら2つの標準の一般的な進化の関係を図XNUMXに示します。
図2コヒーレント光トランシーバーの相互運用性標準の開発と進化
OpenZR + MSAは、アプリケーション範囲が広く、メトロ、バックボーン、DCI、および通信事業者を対象としており、QSFP-DDやOSFPなどのプラグイン可能な形式で拡張機能とパフォーマンスの向上を実現し、マルチベンダーの相互運用性をサポートします。 OpenZR +は、400ZRのシンプルなイーサネットピュアホストインターフェイスを維持するだけでなく、マルチレートイーサネットおよび100G、200G、300G、または400Gラインインターフェイスの多重化機能のサポートを追加し、CableLabsによって標準化されたOpenROADMMSAおよびoFECを採用しています。分散耐性とより高いコーディングゲイン。 2020年400月、OpenZR+はメトリクスブックの最初の公開バージョンをリリースしました。 表1に、OIF-XNUMXZR、Open ROADM、およびOpenZR+のXNUMXつの規格で定義されているコヒーレント光トランシーバーの主なパフォーマンス指標を示します。
表1ZR、OpenROADM、OpenZR+コヒーレント光トランシーバーの相互運用性の標準パラメーターの比較
ネットワークオペレータにとって、回線側の光トランシーバでクライアント側と同じフォームファクタを使用することは有益です。これにより、より単純なネットワークアーキテクチャによってコストが削減されます。 オープンラインシステム（OLS）の最近の業界トレンドと組み合わせると、これらの伝送光トランシーバーは、外部伝送システムなしでルーターに直接挿入できます。 これにより、制御プラットフォームが簡素化されると同時に、コスト、消費電力、および設置面積が削減されます。 たとえば、図3に示すネットワークアプリケーションのシナリオでは、ユーザーは、OpenZR +の要件を満たすコヒーレント光トランシーバーをOLSをサポートするルーターのポートに直接挿入するか、またはの回線側ポートに挿入するかを選択できます。信号プロトコル変換を実現するために使用される伝送デバイス。 、次にデバイスのクライアント側ポートを介してルーターに接続します。 コヒーレントDSPとコヒーレント光トランシーバーのサプライヤーは、アカシア、NEL、インファイ、ネオフォトニクスなどのコヒーレント光トランシーバーの相互運用性テストを積極的に実施しています。現在、伝送距離が短いコヒーレント光トランシーバーは、複数のメーカーと相互運用できます。
図3OpenZR+をサポートするアプリケーション
400Gコヒーレンス適用後の技術進化分析
標準化の進化の観点から、次世代の400Gコヒーレントプラガブル製品は、単一波800Gレートを採用する可能性があります。 最近、OIFは次世代のコヒーレント技術標準である800ZRの開発について話し合っています。 現在、最初に検討するのは、DCIシナリオでは80〜120km（増幅）のDWDMリンクをサポートし、キャンパスシナリオでは増幅なしの2〜10kmのリンクをサポートすることです。 クライアント側のインターフェイスは2×400GEまたは1×800GEをサポートし、回線側は単一波長の800Gコヒーレント回線インターフェイスをサポートします。
フレーム構造インジケータはクライアント側から回線側にマッピングされ、回線側の信号インジケータは相互運用性を実現するように定義されています。 コンポーネントレベルでは、OIFは、より高い変調レートをサポートする次世代コヒーレント変調器の技術仕様OIF-HB-CDM2.0についても議論しています。 国内では、CCSA光デバイスワーキンググループは最近、6GbpsIC-TROSAおよび800×800Gbps位相変調光トランシーバを含む1Gbps光デバイス業界標準の800つのプロジェクトを承認しました。
したがって、業界は、薄膜ニオブ酸リチウム（TFLN）などのいくつかの新しい材料やデバイス技術も試しています。 ニオブ酸リチウムは、常に光変調器のプレミアム材料と見なされてきました。 従来のバルク材料のニオブ酸リチウム変調器は、そのかさばるサイズとデバイスサイズによって制限される帯域幅のため、64GBdを超えるボーレートアプリケーションをサポートできません。 近年、TFLNチップ処理技術の飛躍的進歩により、ニオブ酸リチウム変調器も小型・高帯域幅を実現できるため、100GBd以上の光変調器を実現するための潜在的な技術と考えられています。 さらに、デバイスレベルで高帯域幅を実現するために、電気駆動チップとパッケージング技術も解決すべき困難のXNUMXつです。
