DWDM과 라우팅 기술의 조합은 400G QSFP-DD DWDM 광 모듈 구현의 핵심입니다. 최근 몇 년 동안 코히어런트 DWDM 제품은 400G DWDM 코히어런트 플러그형 광 모듈의 도입과 보조를 맞출 준비가 되어 있습니다.
이 백서에서는 400G DWDM 코히어런트 플러그형 광 모듈 이면의 세부 사항을 더 자세히 연구하기 위해 코히어런트 DWDM 기술의 발전을 연구하고 DWDM과 라우팅 기술의 통합을 실현하는 방법을 탐구합니다.
400G DWDM QSFP-DD ZR이 코히런트 기술을 사용하는 이유는 무엇입니까?
코히어런트 수신 광 모듈은 WDM 시스템의 XNUMX세대 전송 기술에 주로 사용되는 수신단에 코히어런트 설계가 적용된 광 모듈을 말합니다.
XNUMX세대 WDM은 일관된 수신 기술을 사용하지 않습니다.
- 왜 WDM을 사용합니까?
- 왜 DWDM을 사용합니까?
- 대역폭을 늘릴 때 DWDM에 일관된 기술이 필요한 이유는 무엇입니까?
1970년대에 광섬유 통신이 처음 제안되었을 때 광섬유는 거의 무제한의 대역폭, 거의 제로 손실, 거의 제로 비용을 가지고 있다고 합니다. 산업적 가치가 컸다.
이제 기본적으로 저비용 저손실을 실현했습니다. 그러나 장거리를 위한 대용량은 달성되지 않았습니다.
광섬유 전송에 적합한 빛의 주파수는 190~230THz로 큰 반송파 주파수이다. 그러나 업계의 신호 변조 기술과 복조 기술의 한계로 인해 수십 GHz의 신호 대역폭을 실제로 사용할 수 있어 빛의 거대한 반송파 주파수를 잘 활용하지 못하고 있습니다.
낮은 손실은 전송 거리를 연장하는 중요한 요소입니다. 그러나 실제로 광섬유의 도파관은 매우 작습니다. 들어오는 섬유의 필요한 전력 밀도로 인해 도파관이 너무 클 수 없거나 비선형 효과가 타거나 여기됩니다. 신호 대 잡음비와 수신단 사이의 변조된 신호가 수백 또는 수천 킬로미터의 전송을 달성할 수 있을 때 광섬유는 실제로 약 XNUMX킬로미터의 전송 거리만 수행할 수 있으며 이는 신호의 낭비입니다.
용량을 늘리는 방법
변조된 신호의 대역폭을 늘릴 수 없는 경우 파장 분할 기술을 사용하여 더 많은 채널을 전송할 수 있습니다.
광섬유의 전송 거리를 연장하는 방법
릴레이 기술을 사용하여 광 신호의 신호 대 잡음비가 한계에 도달할 때까지 한 번에 한 섹션씩 전송할 수 있습니다.
파장 분할
용량을 확장할 수 있습니다.
계전기
등가 전송 거리를 연장할 수 있습니다. 중계용 EDFA를 이용한 광증폭기는 1990년대 저가형 중계용으로는 탁월한 선택이었다.
중계 증폭을 위한 저비용 EDFA를 수용하려면 EDFA의 이득 스펙트럼 내에서 파동 부분에 여러 파장을 배치해야 합니다.
초기 파장 분할은 제한된 산업 조건에서 전송 용량을 늘리는 문제와 전송 거리를 확장하기 위해 저비용 계전기를 사용하는 문제를 모두 해결했습니다.
그러나 섬유 용량이 계속 증가함에 따라 파장 수를 늘리고 파장당 속도를 높이는 두 가지 경로가 있습니다.
그러나 그것은 새로운 문제를 만듭니다.
첫째, 파장의 수를 늘립니다. 이러한 파장은 광 증폭기의 이득 피크 내에서 제어되어야 하므로 파장 간격이 점점 더 작아집니다.
두 번째는 파장당 속도를 높이는 것입니다. 속도는 622M, 1.25G, 2.5G에서 점점 높아지고 있으며 전송 거리는 점점 짧아지고 있습니다. 그 이유는 수신측의 감도가 저하되는 반면 송신측의 전력은 지속적으로 증가할 수 없고 들어오는 광섬유의 총 전력에 의해 제한되기 때문입니다. 신호율이 높을수록 주파수 영역의 확산이 커져 파장 간격을 넓혀야 한다는 단점도 있다.
거리가 짧으면 파장의 수가 줄어듭니다. 이것은 모순입니다.
이 문제를 해결하려면 수신단의 감도를 개선해야 합니다. 전송 속도를 높이면서도 전송 거리가 긴 특성을 그대로 유지할 수 있습니다.
감도를 향상시키는 방법은 무엇입니까? 신호를 높이거나 노이즈를 줄입니다.
보강 간섭을 통해 신호를 증가시킬 수 있습니다. 그리고 미분 계산이나 상쇄 간섭을 통해 잡음을 줄일 수 있습니다. 수신단에서 신호 간섭 설계를 추가하면 신호 대 잡음비를 개선하고 감도를 최적화할 수 있습니다.
신호의 간섭은 위상에 따라 다릅니다. 위상이 제어되기 때문에 0/180° 위상 변조 세트를 만드는 것은 낭비입니다. 45° 및 225°, 135°/315°, 두 가지 신호 변조 세트를 사용할 수 있습니다. 이것은 신호의 대역폭을 증가시키지 않고 전송되는 비트의 양을 두 배로 늘릴 것입니다.
NRZ 기반의 IMDD의 파장 분할 다중화는 각 파장의 속도를 향상시킵니다. 감도가 나빠지기 때문에 전송 거리가 짧아집니다. 신호 속도(본질적으로 대역폭)가 높을수록 주파수 영역이 넓어지고 파장 간격을 넓혀야 하므로 파장 수의 증가에 영향을 미칩니다.
DP-QPSK의 변조 형식을 기반으로 대역폭을 늘리지 않고도 비트 전송률을 높일 수 있습니다. 대역폭을 늘리지 않고 주파수 영역을 확장할 필요가 없으므로 파장 수의 배치에 영향을 미치지 않습니다.
코히어런트 수신을 기반으로 간섭을 통해 신호가 개선되고 잡음이 억제되며 신호 대 잡음비가 개선되고 전송 거리가 짧아지지 않고 길어집니다.
코히어런트 광 모듈을 사용하여 다시 메인 라인으로 돌아가 용량을 늘리고 거리를 확장합니다. 대용량, 장거리 코어망의 백본에 사용되는 코히어런트 광모듈의 기술 경쟁력이다.
코히어런트 광 모듈에는 몇 가지 중요한 기술 분야가 있습니다.
- 산업계가 저비용으로 대량 생산을 달성할 수 있는 능력을 필요로 하는 단계 제어. 이러한 기술은 2005년경에 성숙해졌으며 코히어런트 모듈은 2010년경에 산업화 단계에 진입했습니다.
수신단에서 간섭을 일으키기 위해서는 국부발진기가 필요하고, 빛은 전자파이므로 국부발진광(Local Oscillating Light, LO)이라고도 한다. 주파수가 순수할수록 LO의 좁은 선폭에 대한 요구 사항인 간섭 후 증폭이 향상됩니다. 코히어런트 모듈은 파장분할 방식에 사용되기 때문에 파장을 튜닝할 수 있기 때문에 상대적으로 적응력이 강하기 때문에 LO는 파장 튜닝이 필요하다.
간섭이 필요한 경우 일반적으로 믹서라고 합니다. 초기에는 손실이 적지만 검출기를 통합할 수 없는 실리콘 기반 산화규소 PLC가 이러한 목적으로 사용되었습니다. 나중에 InP가 사용되었고 실리콘 라이트가 사용되었으며 두 반도체 모두 믹서와 검출기를 통합할 수 있습니다.
디텍터의 위상과 진폭의 관계를 풀기 위해서는 연산량이 매우 많고 코히어런트 광모듈이 산업화되면서 DSP도 모듈의 중요한 부품이 되기 시작했다.
디지털 신호 처리인 DSP는 광 신호에 의해 전송된 개별 정보를 취하고 알고리즘을 사용하여 아날로그에서 디지털로 변환한 후 신호를 구문 분석합니다. 알고리즘은 분산 및 보상을 계산하는 방법, 편광 분산 예측 및 보상을 수행하는 방법, 주파수 편차를 계산하는 방법 등을 포함하는 중요한 작업입니다.
알고리즘 외에도 DSP의 또 다른 어려움은 높은 전력 소비입니다. 전력 소비를 줄이는 한 가지 방법은 반도체 고정밀 프로세스 기능을 사용하는 것입니다. 2010년경 DSP는 약 65nm의 CMOS 공정을 사용한다. 2023년까지 DSP 기술은 이미 5nm, 7nm에 도달할 수 있으며 전력 소비가 크게 감소합니다.
코히런트 광 모듈에는 위상 제어 및 편광 제어를 낭비하지 않기 위해 IQ 변조기, 이중 편파, 이중 극성 변조 및 등가의 XNUMX진폭 변조기가 있습니다.
초기에 IQ 변조기는 리튬 니오브산염을 사용했지만 크기가 매우 컸습니다. 나중에 InP를 기반으로 하는 소형화된 변조 기술이 있었고 크기는 리튬 니오브산염의 XNUMX/XNUMX에 불과했습니다. 그런 다음 나중에 실리콘 포토닉스 통합이 있었고 실리콘 포토닉스 통합은 IQ 변조를 보낼 수 있으며 ICR은 함께 모여 COSA(나중에 IC-TROSA)를 함께 보내고 받습니다. 크기는 더 작았습니다.
산업이 계속 발전함에 따라 QPSK의 코딩 효율성이 더욱 향상되었습니다. QAM8을 사용하면 QAM16이 산업화되어 더 높은 비트 효율을 달성합니다.
코히어런트 광 모듈의 애플리케이션 시나리오도 새롭게 확장되기 시작했습니다. 전통적인 통신 코어 네트워크 백본 외부에서 데이터 간의 상호 연결도 대용량 및 장거리 추세입니다. DCI 데이터 센터 상호 연결 초기에 사용되는 WDM은 WDM의 직접 전송 및 IM/DD입니다.
기존 백본망에서와 같이 지속적으로 용량을 늘리는 데에도 동일한 모순이 존재합니다. 이제 이전 경험을 통해 얻은 코히어런트 기술은 거리를 줄이지 않고도 용량을 더욱 늘릴 수 있습니다.
이것이 400세대 DCI를 위한 XNUMXG ZR의 시작입니다.
의 발전 DWDM 일관된 광학
10년도 채 되지 않아 DWDM 모듈은 큰 발전을 이루었고 광학 장치는 점점 더 작아지고 속도는 점점 더 빨라졌습니다. 10년 40G에서 2011G로 같은 기간 400배 증가했습니다. 2022년까지 800G 플러그형 광 모듈이 이미 시장에 등장했습니다.
FiberMall QSFP-DD-400G-DCO-ZR+
코히어런트 광학 기술의 도입은 DWDM 시스템 개발에서 가장 중요한 혁신 중 하나입니다. 코히어런트 광학 장비는 고급 광학 장치와 DSP(디지털 신호 프로세서)를 사용하여 복잡한 광파 변조를 송수신하여 고속 데이터 전송을 실현합니다. 매우 높은 수준에서 일관된 변조는 400G 및 더 높은 속도를 포함한 고속 광학 장치의 원동력으로 남아 있습니다. 코히어런트 트랜시버.
상업적으로 이용 가능한 최초의 코히어런트 DWDM 시스템은 40G이고 그 다음은 100G입니다. 이러한 시스템은 라인 카드와 섀시를 기반으로 합니다. 각 시스템에서 많은 라인 카드를 지원할 수 있으며 10G 속도 제품과 동일한 공간을 차지합니다. 중요한 진전입니다. 이제 그들은 100G 속도와 더 긴 전송 거리를 전송할 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 라인 카드 속도는 200G 이상으로 증가했지만 업계는 클라우드 공급자의 출현으로 변곡점에 접근하고 있습니다.
특히, 클라우드 공급자 네트워크가 기하급수적으로 성장하기 시작함에 따라 제조업체는 더 작고 빠르고 저렴한 네트워크 구성 요소를 만들어야 하는 압력이 증가하고 있습니다. 광 응답기 DWDM 시스템의 출현으로 이어진 것은 이 변곡점이었습니다. 광학 트랜스폰더 시스템은 섀시와 라인 카드를 제거합니다. 물리적으로 작은 독립 실행형 시스템으로 높이가 1 또는 2RU(1.5″-3″)인 소형 데이터 센터 스위치입니다. 광 트랜스폰더 패키지의 실현 가능성에 대한 핵심은 코히어런트 광 전송의 두 가지 주요 구성요소인 광 장치(레이저, 수신기, 변조기 등)와 DSP(디지털 신호 프로세서)를 분리하는 것입니다.
그리고 이러한 혁신으로 인해 CFP2 크기가 비교적 작은 플러그형 DWDM 모듈인 플러그형 CFP2-ACO(Analog Coherent Optics)가 탄생했습니다. 단일 DSP 칩이 여러 CFP2-ACO 모듈을 지원할 수 있도록 DSP 기술도 발전하고 있습니다. 따라서 제조업체는 광 트랜스폰더에 다중 DSP를 배치하여 2개의 랙 유닛(20″)에서 100Tbps(2x3G 클라이언트 연결)를 전송할 수 있는 시스템을 생산했습니다. 대조적으로 섀시 기반 시스템에는 12개의 랙 장치가 필요합니다. 공간 절약 외에도 에너지 효율성이 높습니다.
물론 위의 내용은 코히어런트 신호 전송에 대한 아주 간단한 설명입니다. 실제로 개발자의 목적은 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 데이터를 전송하고 다른 쪽 끝에서 아날로그 신호를 다시 디지털 신호로 변환하는 것입니다.
그러나 CFP2-ACO는 아날로그 신호만 처리할 수 있으며 디지털 신호는 처리할 수 없습니다. 그림과 같이 DSP에서 전송하고자 하는 Coherent Analog 신호를 수신하거나 수신한 Coherent Analog 신호를 DSP로 전송하여 디지털 신호로 변환합니다.
CFP2-ACO DWDM 전송 시스템
CFP2-ACO 시스템은 업계 전반에 걸쳐 널리 사용되어 왔으며 거의 모든 클라우드 제공업체의 네트워크에서 광전송의 표준 형식이 되었습니다.
동시에 의 도입으로 CFP2-DCO, 플러그형 코히어런트 DWDM 광학계는 계속해서 발전하고 있습니다. "D"는 디지털 코히어런트 광학에서 "디지털"을 의미합니다. 코히어런트 옵틱 개발자는 다시 한 번 부품의 크기와 전력 소비를 줄임으로써 광학 장치와 DSP를 모두 CFP2에 배치했습니다. 이런 식으로 DSP를 수용하기 위해 랙을 사용할 필요가 없으므로 라우터 또는 스위치에서 직접 코히어런트 DWDM 전송을 수행할 수 있으며 이는 DWDM과 라우터의 진정한 통합의 전환점입니다.
라우터 또는 스위치에서 DCO DWDM 전송
이제 코히어런트 광 모듈은 CFP400-DCO와 동일한 기술을 사용하지만 더 작은 크기로 QSFP-DD 패키지에서 400G ZR 및 2G ZR+로 발전했습니다. 이러한 소형 패키지 하우징 400G DWDM 코히어런트 광학 장치는 라우팅과 DWDM의 수렴을 위한 실행 가능한 솔루션을 제공합니다.
400G DWDM 일관성 있는 광 트랜시버 표준
400G는 몇 가지 표준이 있는 지점까지 발전했습니다. 여기에는 400ZR, 400G ZR+, 400G OpenROADM 및 400G OpenZR+가 포함되며 방향이 약간 다릅니다.
첫 번째는 400ZR 표준을 만든 OIF(Optical Interconnect Forum)였습니다. 400ZR은 에지 및 비교적 단거리(120km 이내) 데이터 센터 상호 연결 애플리케이션을 대상으로 합니다. 비슷한 시기에 OpenROADM 다중 소스 프로토콜은 장거리 광 전송(>400km), 고급 순방향 오류 수정(oFEC) 및 선택적 데이터 속도와 같은 서비스 제공업체 네트워크에 초점을 맞춘 사양과 함께 120G DWDM 플러그형 사양도 정의했습니다. (100G, 200G, 300G 또는 400G). 추가 기능을 구현할 수 있지만 ZR에서 지정한 15W보다 더 많은 전력이 필요합니다. 이러한 이유로 OpenROADM 사양은 400G ZR+.
결국 두 조직과 다양한 광기기 제조사 사이에서 OIF와 OpenROADM을 결합하기 위한 최상의 표준에 합의하고 이를 OpenZR+라고 불렀다. 동일한 패키지에 각 소자의 특성을 결합함으로써 아래 그림과 같이 매우 다양한 코히어런트 DWDM 광소자를 제공할 수 있습니다.
광 모듈의 패키징, 기능 및 데이터 속도의 지속적인 개선에서 광 전송 범위가 점점 더 넓어지고 전송 거리가 길어지는 것을 볼 수 있습니다. OpenZR+ 표준을 사용하면 1400ZR 전송 거리의 10배 이상인 400km의 전송 거리를 달성할 수 있습니다. 라우터의 고밀도 400G DWDM과 트래픽 엔지니어링의 단순성 및 분할된 라우팅의 경로 중복성을 결합하여 전송 네트워크 아키텍처의 주요 변화를 기대할 수 있습니다.
11월 2020에서, 파이버몰 OpenZR+ MSA의 첫 번째 기여자 회원으로 초대되었습니다. FiberMall off저전력 설계 및 신호 변조 모델의 혁신을 최적화하기 위해 업스트림 공급망과의 전략적 협력에 개방된 2018년 초 코히어런트 광 모듈 개발에 icially 투자했으며 상당한 결과를 달성했습니다. 이제 우리는 100G CFP-DCO, 100G CFP2-DCO 디지털 코히어런트 광 모듈, 200G DWDM 코히어런트 광 트랜시버, 초장거리 광 전송을 위한 데이터 센터 상호 연결 및 메트로 네트워크용 OpenZR+ 표준을 엄격히 준수하는 400G DWDM 코히어런트 광 트랜시버를 출시했습니다. .
