400G 광 전송 기술의 발전

현재 통신 네트워크는 네트워크 변환 및 대역폭 향상 문제에 직면해 있습니다. 따라서 광 전송 시스템의 단일 파장 속도 및 전송 거리를 개선하고 광섬유 통신 시스템의 대역폭 활용도를 높이는 것은 네트워크 트래픽에 대한 증가하는 수요를 충족하기 위해 운영자 및 장비 공급업체의 일반적인 추구가 되었습니다.

업계는 현재 80*400G 세대를 향한 백본 광 네트워크의 진화를 가속화하기 위해 세 가지 주요 차원에서 협력하고 있습니다.

요금향상

백본 네트워크는 10G에서 100G로, 그 다음에는 200G로 진화하며 기본적으로 거리는 변하지 않고 용량은 지속적으로 증가합니다. 라우터 포트의 속도 업그레이드를 배경으로 400G 포트 시대가 도래했으며 통신 사업자는 모두 테스트 및 검증을 시작했습니다. 2023년에는 백본 400G OTN의 적용이 발생할 것으로 예상됩니다.

능력향상

백본 광 네트워크는 최대 200G까지 속도를 내므로 75GHz의 스펙트럼 폭을 차지합니다. 400G QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)로 발전하면 150GHz의 스펙트럼 폭을 차지하게 된다. 200G와 비교하여 스펙트럼 효율의 400G 주파수 스펙트럼이 10G에서 100G로 변하지 않고 유지되는 동안 용량이 XNUMX배 증가한다는 규칙을 깨고 개선되지 않았습니다. Shannon의 한계의 영향으로 인해 전체 광섬유 전송 용량을 향상시키기 위해서는 새로운 경로를 여는 것이 필요합니다.

현재 가장 실용적인 솔루션은 네트워크 테스트를 완료한 C6T & L5T 11THz 주파수 스펙트럼 확장 계획과 현재 실험실 테스트가 있는 C6T & L6T 12THz 주파수 스펙트럼 확장 계획을 포함하여 C+L 대역 주파수 스펙트럼의 확장입니다. 네트워크 테스트를 완료할 예정이며 지속적인 시스템 성능 최적화가 진행 중입니다.

80*800G 시스템에서는 주파수 스펙트럼을 S+C+L+U 대역으로 확장하는 것을 추가로 고려할 것입니다. 동시에 백본 네트워크 속도가 증가함에 따라 장거리 전송 거리를 보장하기 위해 다중 코어 광섬유, 소수 모드 광섬유 및 중공 코어 광섬유와 같은 새로운 광섬유 기술을 함께 사용해야 합니다.

효율성 향상

400G/800G 시대에 새로운 DSP 기술이 채택되어 다중 전송 속도 및 변조 모드 전환을 지원하고 소프트웨어 정의 방식으로 서로 다른 거리에서 서로 다른 용량의 최상의 적응을 실현하여 용량-거리 제품 및 스펙트럼을 최대화합니다. 능률.

단일 파장 400G에 대한 연구 진행+ Technology

대도시 및 트렁크 네트워크와 같은 다양한 애플리케이션 시나리오와 관련하여 400G 전송 시스템에는 전송 성능, 스펙트럼 효율성 및 비용 간의 균형을 달성하기 위해 다양한 기술이 사용됩니다. 표 1은 주요 단일 파장 속도 시스템의 특성과 기능을 나열합니다. 100G와 100G+ 기술 사이에는 뚜렷한 세대별 기능이 있습니다. 엔지니어링 응용 분야에서 차세대 단거리 모듈과 이전 세대 장거리 모듈은 일반적으로 산업 체인 내에서 공존하여 산업 체인 통합을 달성합니다.

표 1. 다양한 단파율 시스템의 특성 및 기능

그림 1에서 볼 수 있듯이 200G PM-16QAM 및 100G PM-QPSK 공유 32G 전송 속도 산업 체인, 400G PM-16QAM 및 200G PM-QPSK 공유 64G 전송 속도 산업 체인 및 400G PM-QPSK 공유의 정규화된 표현이 있습니다. QPSK와 미래의 800G PM-16QAM은 128G 전송 속도 산업 체인을 공유했습니다.

그림 1. XNUMXD덴탈의 의 정규화된 표현 단거리 및 장거리 산업 체인

현재 200G QPSK가 널리 사용되고 있으며, 400G 16QAM은 64G 전송 속도로 대도시 전송 요구를 충족할 수 있습니다. 400G 전송 기술은 현재 16G 전송 속도에서 PS(probabilistic shaping) 96QAM을 사용하고 있으며, 궁극적으로 128G 전송 속도에서 QPSK 방식으로 발전할 것입니다. 400G PS 16QAM에 비해 400G QPSK의 백투백 OSNR 성능은 약 1dB 더 나은 반면 입력 전력은 1dB 이상 증가하여 다양한 장거리 전송 시나리오에 적합하고 다음과 호환됩니다. 미래 800G 16QAM 산업 체인.

칩 수준에서 일관된 oDSP 기술은 여러 세대의 진화를 거쳤으며 세대 간의 차이는 주로 가장 높은 단일 파장 속도, 변조 코드 유형, 크기 및 전력 소비에 반영됩니다. 현재 400G 16QAM oDSP 칩은 7nm 제조 공정을 사용하고 약 8W를 소비하며 64G 전송 속도를 지원합니다. 차세대 장거리 400G 애플리케이션을 위해 헤드 oDSP 제조업체는 1.2nm 칩 공정을 사용하여 최대 140G 전송 속도를 지원하는 단일 파장 5T 제품 로드맵과 모듈 샘플까지 발표했습니다.

oDSP 알고리즘 측면에서 성상도 형성 및 고성능 독립 단기 치료소 코덱 알고리즘이 더 중요합니다. Constellation shaping은 그림 2(a)와 그림 2(b)와 같이 GS(Geometric Shaping)와 PS(Probabilistic Shaping)로 구분됩니다. GS와 PS는 성상점의 위치와 발생 확률을 변경하여 특수한 분포를 보이도록 하여 기존 QAM보다 우수한 성능을 제공합니다.

그림 2. 별자리 형성의 개략도

고성능 오류 수정 코딩(FEC) 기술은 캐스케이드 코딩과 연판정, 다중 반복 디코딩의 조합을 사용하여 더 높은 순 코딩 이득을 얻을 수 있습니다.

고성능 광전자 장치는 전기 신호를 광 신호로 고충실도 변환하기 위한 기반입니다. 장거리 400G 광 전송 애플리케이션에 직면하여 시스템의 전송 속도는 100Gbd보다 크고 광 장치 작동 대역의 대역폭은 50GHz 이상이어야 합니다. 현재 SiP(Silicon Photonics) 또는 InP(Indium Phosphide) 공정 플랫폼을 기반으로 하는 주류 공급업체는 소형화, 통합 및 광대역 광 트랜시버 장치에 대한 연구를 수행하기 위해 준상업용 샘플의 일부를 출시했습니다.

고급 장치 패키징 기술은 광전자 칩의 대역폭을 최적화하는 중요한 수단이기도 합니다. 현재 실리콘 광칩은 Driver's Peaking 기능과 3D/30D 패키징 공정의 최적화를 통합하여 변조기의 80dB 대역폭을 2.5GHz에서 3GHz 이상으로 높일 수 있습니다. 이를 통해 2G+ 상위 변조 신호에 대해 400dB 이상의 백투백 OSNR 허용 오차 개선을 가져올 수 있으며, 이 기술의 성숙도가 높아짐에 따라 128Gbd 장거리 400G 시스템의 상용화가 더욱 가속화됩니다.

광학 시스템의 핵심 구성 요소에서 광 증폭기(OA)와 파장 선택 스위치(WSS)가 가장 중요합니다. 현재 상용 OA는 주로 EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifier)로 C 대역 4THz, 4.8THz, 심지어 6THz 대역폭까지 지원한다. L-대역 6THz 증폭의 기술적 병목 현상이 해결되었고 샘플의 성능이 기대에 부합하며 시스템 수준의 성능이 검증되고 최적화되고 있습니다. 그러나 장파장에서 에르븀 도핑된 광섬유의 증폭 효율로 인해 확장된 L-대역 EDFA의 잡음 지수는 확장된 C-대역보다 1dB 이상 나쁠 수 있으며 그에 따라 모듈 비용과 크기도 증가합니다.

현재 상용 WSS는 C-대역 6THz, 일반적인 삽입 손실은 약 6dB, 포트 수는 최대 32개입니다. 최신 고해상도 LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 기술을 사용하여 WSS 스펙트럼 슬라이스 해상도는 6.25입니다. GHz, 여러 제조업체에서 작업 대역을 L-대역 6THz로 확장했습니다.

표준 진행 측면에서 ITU-T SG15(International Telecommunication Union Study Group 15)는 200G 및 400G 인터페이스의 물리 계층 사양에 대한 연구를 수행했으며 PM-16QAM을 400G 메트로 애플리케이션의 표준 코드 유형으로 채택하여 oFEC(Open Forward Error Correction Coding)의 표준화 프로세스. 또한 업계의 여러 다중 소스 프로토콜 조직(MSA)도 100G+에 대한 기술 표준을 발표했습니다. 예를 들어:

• OpenROADM/OpenZR+는 CFP100-DCO 및 QSFP-DD/OSFP 패키지를 지원하고 400/2G QPSK, 100G 200QAM 및 기타 변조 모드를 300ZR 프레임 구조에 추가하고 캐스케이드된 FEC 대신 oFEC를 사용하는 8~400G 코히런트 광 모듈 사양을 발표했습니다. (cFEC) 450km급 400G 전송을 지원합니다.
• CCSA(중국 통신 표준 협회)는 관련 표준을 개발했습니다. 100G 이하 속도에 대한 광 전송 및 모듈 표준 개발이 완료되었으며 200G 제출 초안은 주로 200G QPSK, 8QAM, 16QAM 코드 유형을 선택하고 400G 대도시 지역 표준은 기본적으로 단파 200G 이중 반송파 방식, N *400G 장거리 강화 광파장 분할 다중화(WDM) 시스템 기술 요구 사항 연구 및 고속 애플리케이션을 위한 기타 표준 항목이 완료되었으며 QPSK가 단일 파장을 달성하는 이상적인 솔루션임을 분명히 나타냅니다. -웨이브 400Gb/s 장거리/초장거리.

Waveband 확장 기술의 연구 진행

대역 확장 기술은 DWDM에서 상속되어 기존 C 대역을 넘어 사용 가능한 전송 대역폭을 추가로 확장하고 공동 광섬유 전송을 위한 채널 수를 늘려 단일 광섬유 전송 용량을 향상시킵니다.

전통적인 C-band DWDM을 기반으로 지난 6년 동안 중국 사업자 및 장비 공급업체는 C-band의 대역폭을 4THz/4.8THz에서 6THz로 늘리기 위해 Super C-band(C200T)의 확장을 주도했습니다. 80파 75GHz 간격의 100G QPSK 체계의 상륙과 함께. 실제로 단일 모드 광섬유의 저손실 창에는 C 대역뿐만 아니라 O, E, S, L 및 U 대역도 포함됩니다. 최근 몇 년 동안 미국의 일부 사업자와 인터넷 공급업체는 광섬유 용량을 두 배로 늘릴 수 있는 DCI 및 해저 케이블 전송에 C+L 시스템을 배치했습니다. 단일 모드 광섬유가 용량의 6Tbit/s Shannon 한계에 접근함에 따라 대역 확장 기술은 학계 및 산업 연구의 핫스팟이 되었습니다. 현재 국내 사업자와 장비 벤더들은 단일 파이버 6파 6G QPSK 장거리 전송 기능을 제공하기 위해 C80T를 C400T&L3으로 업그레이드하는 것을 적극적으로 추진하고 있다. 다중 대역 광 전송 시스템의 기본 아키텍처는 그림 XNUMX에 나와 있습니다.

그림 3. 다중 대역 광 전송 시스템의 기본 구조

C+L 관련 산업 체인의 현재 개발은 표 2에 나와 있습니다. 기술적인 어려움을 극복하면서 C+L 확장 대역 광학 부품 공급망의 개발 진행 상황이 예상과 일치한다는 것을 알 수 있습니다. 단파 6G QPSK 광학 시스템을 갖춘 차세대 C6T+L12T 400THz 광대역 광학 레이어는 1년 이내에 상용 배치를 안내할 것으로 예상됩니다.

표 2. C6T 및 L6T 시스템 핵심 구성 요소 산업 체인 진행

광섬유의 SRS 효과는 대역폭의 확장과 입력 전력의 증가에 따라 크게 향상되며 구간에 걸쳐 누적 효과가 있습니다. C+L 시스템에서는 처음에 게인과 슬로프를 효과적으로 제어하기 위해 정밀한 광 전력 관리 전략뿐만 아니라 필링 웨이브 구성을 통해 SRS로 인한 전력 불균일성을 보상해야 합니다. 또한 역동적인 비즈니스 성장이 기존 비즈니스에 미치는 영향을 줄이기 위해 항상 전체 구성 상태를 유지해야 합니다. 해저 케이블 시스템의 경험을 바탕으로 채널을 추가하거나 삭제할 때 비즈니스 신호를 필링 웨이브로 교체하여 "참 거짓 대체"를 달성할 수 있어 비즈니스 활성화 및 테스트가 용이합니다. 전력 조정 전에는 C+L 시스템의 강력한 SRS 전력 전송으로 인해 시스템 종단의 단일파 전력 평탄도가 심각하게 저하되어 시스템 애플리케이션의 요구 사항을 충족할 수 없습니다. C+L 전력 사전 균등화 전략은 게인과 게인 슬로프를 조정합니다. EDFA, 전력 평탄도, OSNR 평탄도 및 최소 OSNR이 크게 향상되었습니다. 자동 전원 조정 알고리즘과 필링 웨이브 구성은 현장 테스트에서 완전히 검증되어 후속 상용 배포를 위한 기반을 마련했습니다.

단일 캐리어 400G 시스템의 발전

2020년 초에 FiberMall은 장비 공급업체와 협력하여 라이브 네트워크에서 단일 캐리어 400G 16QAM에 대한 테스트를 수행하여 최대 600km의 전송 거리를 달성했습니다. 2021년 400월 FiberMall은 Huawei, ZTE 및 FiberHome과 협력하여 라이브 네트워크에서 세계 최초의 초광대역 단일 캐리어 1000G 대용량 광 전송 검증을 완료하여 2022km 이상의 전송 거리를 달성했습니다. 400년 3038월 FiberMall과 ZTE는 네트워크 요구 사항을 기반으로 실험실에서 광섬유 길이, 손실 및 유지 보수 마진을 시뮬레이션하고 49G QPSK 전송 검증을 수행하여 2023개의 비전기 릴레이 세그먼트에서 400km의 전송 거리를 달성했습니다. 45년 5616월 실험실 테스트 결과에 따라 FiberMall은 저장, 장시, 후난, 구이저우를 포함한 400개 성에 걸쳐 6개의 광 증폭기 세그먼트를 포함하는 6G QPSK 라이브 네트워크 테스트를 수행하여 12G에 대해 XNUMXkm의 기록적인 전송 거리를 달성했습니다. 라이브 네트워크에서 QPSK 비전기 릴레이를 구현하고 CXNUMXT+LXNUMXT의 XNUMXTHz로 스펙트럼 확장의 전송 성능을 처음으로 검증합니다.

컴퓨팅 파워 네트워크를 배치하기 위해서는 400G 핵심 기술의 연구 개발을 촉진하고 변조, 스펙트럼 및 인프라에서 포괄적인 기술 혁신을 달성하고 차세대 광통신 기술의 진화를 지속적으로 촉진해야 합니다. 이를 기반으로 컴퓨팅 파워 네트워크를 위한 완전한 광학 기반을 구축하고 디지털 경제 발전에 기여합니다.