코히런트 트랜시버 개요: CFP2-DCO 대 QSFP-DD DCO 대 OSFP-DCO

최근 몇 년 동안 코히어런트(Coherent) 광통신 기술은 광통신 분야에서 점점 더 핫스팟이 되고 있다. 복잡한 변조를 통한 코히런트 광통신은 광 대역폭 자원을 절약하고 광섬유 전송 효율을 향상시켜 전송 대역폭을 더욱 증가시키는 탁월한 선택입니다. 데이터 통신 분야에서 코히어런트 기술은 DCI(Data Center Interconnection)(80~120km)의 주류 솔루션이기도 합니다. 코히어런트 광 링크의 사용은 향후 몇 년 동안 급증할 것이며 이러한 새로운 애플리케이션은 코히어런트 광 트랜시버 시스템에 대한 새로운 요구 사항을 제시하므로 코히어런트 트랜시버가 만들어졌습니다. 이 글에서는 코히어런트 광통신과 비간섭성 광통신의 비교를 통해 코히어런트 광통신 기술이 무엇인지 이해하고 현재 시장에서 100G-400G 전송을 실현할 수 있는 코히어런트 트랜시버 XNUMX종을 소개한다.

 

1. 코히어런트 광통신 기술이란?

데이터 센터 및 네트워크 인프라 구축에서 우리는 종종 400G 전송에 대한 이야기를 듣습니다. 이 속도를 달성하기 위한 주요 기술 방향은 코히어런트 광 통신입니다. 라인 측 백본 전송에서 큰 이점을 제공합니다.

같은 주파수와 같은 진동 방향을 가진 빛을 간섭성 빛이라고 할 수 있습니다. 가간섭 변조 및 헤테로다인 검출 기술은 가간섭 광통신에 주로 사용되며, 코히어런트 트랜시버 이 기술을 기반으로 한 주력 제품입니다.

소위 일관된 변조 (강도 감지와 같이 빛의 강도를 변경하는 대신) 광 캐리어의 주파수, 위상 및 진폭을 변경하기 위해 전송되는 신호를 사용하는 것입니다. 이는 광 신호가 특정 주파수 및 위상(대신 자연광과 같이 일정한 주파수와 위상을 가지지 않는 것), 즉 간섭성 있는 빛이어야 한다. 예를 들어, 레이저는 일종의 결맞는 빛입니다. 소위 헤테로다인 검색 로컬 발진에 의해 생성된 레이저를 사용하여 광 믹서에서 입력 신호광과 혼합하여 신호광의 주파수, 위상 및 진폭과 동일한 법칙에 따라 변화하는 IF 신호를 얻는 것입니다.

코히어런트 광통신 기술은 널리 사용되고 있으며, 특히 초장파장(2~10μm) 광섬유 통신의 경우 코히어런트 광통신이 가장 매력적입니다. 광섬유 통신 기술의 발달로 초장파장 광섬유를 이용하여 초장거리 통신을 실현하는 것은 향후 광섬유 통신의 중요한 방향 중 하나이다.

 

2. 기음고유하고 비일관된 광통신

코히런트 광통신에는 다음 XNUMX가지 핵심 기술이 포함됩니다.

• 편광 다중화 및 고차 변조: 직교 편광 특성과 빛의 위상 정보를 사용하여 원래 신호를 여러 번 두 개로 나누어 전기 층 처리 속도를 크게 줄일 수 있습니다.
• 일관된 수신 기술: 동일한 주파수와 위상을 가진 국부 발진기 레이저를 사용하여 수신된 광 신호와 응집력 있게 함으로써 수신된 신호에서 진폭, 위상 및 편광 상태 정보를 복구할 수 있습니다.

• 디지털 신호 처리(DSP) 기술: DSP를 통해 전기 신호 수준의 분산으로 인한 신호 왜곡 및 시간 지연을 해결하고 PMD 및 CD를 보상하여 PMD 및 CD의 허용 오차를 크게 향상시킬 수 있습니다.
• 고성능 FEC 알고리즘: FEC 순방향 오류 수정 코딩을 사용하면 시스템의 OSNR 허용 오차를 개선할 수 있습니다. 다양한 속도, 코드 유형 및 전송 성능 요구 사항에 대해 다양한 FEC 유형 및 오버헤드 비율을 설계할 수 있습니다.

일반적으로 코히어런트 및 비코히어런트 광통신에는 고유한 장점과 단점이 있으며 다양한 애플리케이션 시나리오에 적합하다는 것을 알 수 있습니다. Non-coherent 광통신은 주로 2.5G 및 10G 회선 전송, 초기 40G 회선 전송 및 다중 서브 파장 100G Metro 전송에 사용됩니다. 코히어런트 광통신은 주로 100G 회선 전송, 초고속 100G 회선 전송, 초장거리 광전송에 사용된다. 

 

3. 일관성이란 무엇인가 트랜시버?

코히런트 트랜시버는 일관된 광통신 기술. 다음은 시장에 등장한 XNUMX가지 유형의 코히어런트 광 모듈을 소개합니다: CFP-DCO, CFP2-DCO, OSFP-DCO 및 QSFP-DD DCO.

처음에는 코히어런트 트랜시버가 CFP 폼 팩터에 패키징되었습니다. CFP MSA는 82mm 패키지 폭과 24W 미만의 전력 소비를 제공합니다. 이는 필요한 XNUMX개의 광학 요소(레이저, 변조기, ICR) 및 DSP를 CFP에 넣어 완전한 코히어런트 트랜시버를 형성하기에 충분합니다. 이 송수신기는 "Digital Coherent Optics"를 의미하는 "DCO"라고합니다. CFP-DCO는 CFP용으로 설계된 모든 슬롯에 삽입할 수 있으며 광 포트를 통해 디지털 신호와 통신할 수 있습니다. 따라서 CFP 슬롯이 장착된 스위치 또는 라우터는 모든 슬롯에서 단거리 클라이언트 CFPS 또는 장거리 코히어런트 CFP-DCO 트랜시버를 수용할 수 있습니다.

그러나 저전력 소비, 소형 패키지, 대용량 및 저비용은 광통신 산업의 지속적인 목표입니다. 따라서 CFP MSA는 필연적으로 CFP2의 크기를 따라잡아야 합니다. CFP2의 표준 너비는 41.5mm이며 초기에 12W의 전력 소비를 허용합니다. 다음 표에서 볼 수 있듯이 CFP-DCO와 비교하여 CFP2-DCO의 성능이 크게 향상되었습니다. CFP2-DCO 모듈은 메트로 및 액세스 네트워크를 모두 충족할 수 있으며 CFP2-DCO의 전력 및 밀도 절감 효과는 off총 소유 비용(TCO) 측면에서 상당한 가치가 있습니다.

 

	전력 소비	최대 전송률	200G 장거리 전송 용량	400G 메트로 네트워크 전송 기능	100G당 전력 소비량
CFP-DCO	32	200	예	예	0.16
CFP2-DCO	24	400	예	예	0.06

 

CFP2의 전력 제한 내에서 CFP2-DCO 애플리케이션은 다음으로 확장될 수도 있습니다.

• CFP2-200G-DCO 초장거리 전송: 14dB 미만의 광 신호 대 잡음비(OSNR) 및 2000km 이상의 전송을 위한 분산 보상 기술.
• CFP2-400G-DCO 메트로 네트워크 전송: 광섬유 링크 및 EDFA 범위의 품질에 따라 최대 800km 또는 1000km까지 가능합니다.

최근 몇 년 동안 CFP 및 CFP2 패키징 모드 외에도 OSFP-DCO 및 QSFP-DD DCO와 같은 더 높은 속도와 더 작은 패키징 표준으로 코히어런트 트랜시버가 등장했습니다.  

OSFP-DCO: OSFP(Octal Small Form-factor Pluggable) 코히어런트 트랜시버는 DP-QPSK(dual-polarization quadrature phase-shift keying) 또는 DP-16QAM(dual-polarization quadrature amplitude modulation) 또는 PCS- 16QAM), 확장된 C 대역, 편파 다이버시티 코히어런트 감지 및 고급 전자 링크 이퀄라이제이션을 지원합니다. 이 제품군은 100nm DSP를 사용하는 산업 표준 플러그형 OSFP 폼 팩터에서 400/7Gbps 전송 속도를 지원하며 메트로 캐리어, 액세스 및 클라우드/DCI 애플리케이션에서 널리 사용할 수 있습니다. 그 중 OSFP-400G-DCO 코히어런트 트랜시버는 120km의 전송 거리에 도달할 수 있으며 초장거리 데이터 센터 상호 연결(DCI)을 실현할 수 있습니다. 

QSFP-DD DCO: OSFP 패키지 광 모듈에 비해 QSFP-DD는 더 작고 전력 소비가 적으며 더 유연합니다. QSFP-DD DCO도 100G 및 400G 전송을 지원하지만 실제로는 400G 시장에서 더 일반적으로 사용됩니다. 이 패키지의 최신 코히어런트 트랜시버 XNUMX개는 다음과 같습니다. 400G ZR 400G ZR+. 이 두 가지 유형의 송수신기를 알기 위해 먼저 OIF(Optical Internet working Forum)에서 400ZR 표준을 만들었습니다. 400ZR 사양은 상호 운용 가능한 400G 코히런트 인터페이스를 정의하기 위한 첫 번째 노력 중 하나입니다. 400ZR은 최대 120km DCI 애플리케이션의 가장자리와 비교적 짧은 도달 범위를 목표로 합니다. DD-QSFP 폼 팩터의 400G ZR 모듈은 산업 표준의 상호 운용 가능한 공간에서 고대역폭 상호 연결을 제공하기 위해 대규모 데이터 센터 운영자 및 피어링 네트워크에서 사용하도록 설계되었습니다. 400km에 걸쳐 120GB/s를 전송할 수 있습니다. 그리고 400ZR+의 경우 다중 공급업체 상호 운용성을 제공하는 고성능 플러그형 모듈을 가능하게 하는 두 가지 표준화 노력(OIF 및 OpenROADM)의 조합입니다.

 

스펙	데이터 속도	변조 유형	목표 도달
OIF 400ZR	400G	DP-16QAM	120km
오픈ZR+	400G	DP-16QAM	1400km
	300G	DP-8QAM	2500km
	200G	DP-QPSK	3000km
	100G	DP-QPSK	8000km

 

이 두 가지 유형을 비교하면 일반적으로 OIF 400ZR 표준은 주로 Metro 점대점 애플리케이션을 위한 단일 변조 유형 및 회선 속도(400G)인 반면 400ZR+는 유연한 100G-400G 회선 속도 및 더 긴 광학 경로. 따라서 400G ZR+ 광 모듈은 400G 속도를 지원할 뿐만 아니라 100G/200G/300G 회선 속도에 유연하게 적용할 수 있습니다. 그 기반은 OpenFEC(oFEC) 순방향 오류 수정의 새로운 프레임워크 구조와 100G-400G 광 라인 사양 세트를 사용하는 것입니다. 표준 SMF-28 광섬유(EDFA만 해당)를 통해 이상적인 네트워크 가정 하에서 480G 모드에서 성능은 400km에 도달하는 것으로 추정됩니다.

400ZR 인터페이스를 사용할 수 있지만 QSFP-DD DCO, OSFP 및 CFP2-DCO 코히런트 광 모듈. 그러나 400ZR 애플리케이션의 경우 QSFP-DD가 다른 여러 패키지 유형에 비해 저렴하고 설치 공간이 작기 때문에 QSFP-DD 패키지 형태의 광 모듈이 더 많이 사용됩니다. 따라서 QSFP-DD 400G DCO 광 모듈은 향후 400G 코히어런트 광통신 애플리케이션에 더욱 유망할 것입니다.

 

요약

메트로 기반 DCI 및 클라우드 애플리케이션의 용량 요구 사항이 증가함에 따라 서로 다른 공급업체의 모듈을 혼합하고 일치시킬 수 있는 기능과 함께 향상된 비용 효율성 및 운영 이점을 약속하는 상호 운용 가능하고 플러그 가능한 코히어런트 모듈에 대한 업계 수요가 증가하고 있습니다. CFP-DCO, CFP2-DCO, OSFP-DCO 및 QSFP-DD DCO를 포함한 다양한 새로운 코히어런트 광 모듈이 이러한 새로운 애플리케이션을 충족하기 위해 개발되었습니다. FiberMall은 메트로 캐리어, 액세스 및 클라우드/DCI 애플리케이션에서 널리 사용할 수 있는 이러한 모든 일관된 광 모듈 유형을 고객에게 제공할 수 있습니다.