Teste conjunto do sistema de transmissão óptica de 400GbE pela FiberMall

A FiberMall, em colaboração com a Lumentum-Neophotonics, Cisco-Acacia e EXFO, propôs com sucesso um sistema de transmissão óptica interoperável de ponta a ponta de 927 GbE (Gigabit Ethernet) de 400 quilômetros. Este sistema integra os mais recentes módulos ópticos plugáveis ​​de 400 G, atendendo às necessidades de clientes Ethernet (IEEE 802.3 400GBASE), interconexões de data center (OIF 400-ZR) e redes metropolitanas/regionais (400G OpenROADM). Os módulos ópticos de 400 G usados ​​vêm de diferentes fornecedores e incorporam chips DSP de vários fornecedores. Abaixo está um resumo dos principais recursos dos módulos ópticos 400GBASE, 400-ZR e 400-ZR+, conforme definido pelos principais órgãos de padronização:

1. Aplicações de interconexão de data center 400G

Manipulado pela OIF por meio do acordo multifonte 400 ZR (MSA). A interface óptica 400ZR pode ser facilmente inserida em switches Ethernet ou roteadores IP, desde que o fator de forma do transceptor atenda aos requisitos do equipamento, tornando-o particularmente adequado para aplicações IP sobre WDM, normalmente com alcances de transmissão de 40 a 120 quilômetros.

Transceptores 400ZR: Use lasers sintonizáveis ​​de banda C, modulação DP-16QAM a 59.84 Gbaud e C-FEC. A conexão combina códigos Hamming internos e códigos de escada externos, com uma sobrecarga de 14.8%. Em BER = 10^-15, o ganho de codificação de C-FEC é de 10.8 dB, com um limite BER pré-FEC de 1e-2. Os módulos ópticos 400ZR exigem um OSNR maior que 26 dB em largura de banda de resolução de 0.1 nm para operação back-to-back.

2. Redes metropolitanas/regionais de 400G

Endereçado por OpenROADM e OpenZR+. O OpenZR+ foca na transmissão de quadros de dados de 400GbE, enquanto o OpenROADM encapsula fluxos de 400GbE em contêineres OTN. Devido à maior eficiência do Open-FEC (O-FEC) em comparação ao C-FEC, os transceptores OpenROADM e OpenZR+ cobrem links metropolitanos/regionais com vários vãos de fibra, amplificadores ópticos e ROADMs (multiplexadores add-drop ópticos reconfiguráveis).

400G OpenZR+: Usa DP-63.14QAM de 16 Gbaud e O-FEC, com uma sobrecarga de 15.3%. O-FEC fornece um ganho de codificação de 11.6 dB em BER = 10^-15, com um limite pré-FEC de 2e-2. O OSNR necessário para operação back-to-back em largura de banda de 0.1 nm é de 24 dB.

Este teste conjunto demonstra a capacidade de integrar ópticas plugáveis ​​400G avançadas de vários fornecedores, garantindo a interoperabilidade e atendendo às diversas necessidades das redes ópticas modernas em várias aplicações.

Ambiente de Experimentação para Três Cenários de Aplicação

1. 400GBASE-FR4 QSFP-DD:

Modulação: PAM4 em quatro comprimentos de onda CWDM de banda O.

Taxa de símbolos/dados por comprimento de onda: 53.125 Gbaud/106.25 Gbps.

Consumo de energia: ~12W.

Distância de transmissão: 2 km.

2. 400G-OpenROADM:

Conversão: Elétrica para óptica, encapsulando quadros de 400 GbE em OTU4 (Unidade de Transporte Óptico).

Transceptor: Óptica coerente digital (DCO) 400G-OpenROADM CFP2.

Modulação: 400G DP-16QAM com O-FEC.

Taxa de símbolo: 63.14 Gbaud.

Taxa de dados: 505.11 Gbps.

Espectros: Espectro de 58 canais WDM na saída do transmissor e espectro de sinal recuperado após 800 km.

3. 400-ZR:

Padrão: OIF com DP-16QAM e C-FEC.

Taxa de símbolo/dados: 59.84 Gbaud/478.75 Gbps.

Consumo de energia: ~16.5W.

Espectros: Espectro na extremidade do transmissor.

4. Transceptores coerentes:

CFP2-DCO para OpenROADM: Inclui um ASIC DSP FinFET de 7 nm e um subconjunto óptico de transceptor integrado (TROSA).

Componentes TROSA: chips ópticos e CIs de alta velocidade, incluindo drivers MZM, TIAs e lasers DS DBR.

Modulação: InP DP-QPSK com SOA integrado para compensar a perda de modulação.

Funções de recepção: Híbridos ópticos InP de 90° de polarização dupla com VOAs e TIAs diferenciais de quatro canais.

Funções de laser, transmissor e receptor: todas encapsuladas no TROSA.

Formatos suportados: 100/200/300/400G DP QPSK/8QAM/16QAM, com taxas de transmissão de 31 a 66 Gbaud para otimizar a cobertura do link, a capacidade e a eficiência espectral.

5. Opção OE-MCM:

Integração: PIC fotônico de silício e DSP.

Otimização: reduz problemas de integridade de sinal ao colocar o laser fora do pacote OE-MCM, eliminando o acoplamento térmico indesejado entre o DSP e o laser.

Esses ambientes de teste e características do transceptor destacam os recursos avançados dos sistemas de transmissão óptica de 400 GbE, garantindo desempenho robusto em vários cenários de aplicação, incluindo interconexões de data center, redes metropolitanas/regionais e serviços de cliente Ethernet. Os esforços colaborativos de vários fornecedores e a integração de diferentes tecnologias ressaltam a versatilidade e a escalabilidade das soluções modernas de rede óptica.

Resultados Experimentais Finais

1. 2km 400GBASE-FR4:

Após 2 km de fibra, o QSFP-DD recebeu uma potência total de aproximadamente +4.5 dBm em quatro canais CWDM.

A taxa de erro de bit (BER) pré-FEC medida foi de aproximadamente 1.4e−4, garantindo uma transmissão sem erros neste segmento de fibra específico.

• 8 x 100km 400G-OpenROADM:

O BER para o canal 400G-OpenROADM foi medido, com potência de entrada ótima variando de +1 dBm a +3 dBm. O desempenho permaneceu muito estável em toda essa faixa, independentemente da distância.

O canal OpenROADM 400G cobriu com sucesso 800 km com um BER de 1.6 × 10−2, recebeu OSNR de 25 dB e uma margem OSNR de aproximadamente 0.8 dB.

Adicionando um filtro óptico programável após o transmissor CFP2-DCO, a inserção de uma cascata WSS de 75 GHz foi simulada. O experimento demonstrou que a 800 km, não mais do que quatro WSSs foram cascateados, enquanto a 500 km, até 20 WSSs foram possíveis.

• 125 km 400-ZR:

Em uma configuração back-to-back (BtB), a sensibilidade do receptor QSFP-DD foi medida em aproximadamente -21 dBm.

Sem qualquer EDFA, o sinal 400G poderia atravessar 40 km de fibra com um orçamento óptico de aproximadamente 10 dB (incluindo perdas na fibra e no conector).

Com um mini-EDFA de +10 dBm, a transmissão sem erros por mais de 125 km foi alcançada com um orçamento óptico de aproximadamente 26.5 dB, limitado pela capacidade de compensação de dispersão do receptor. O ROSNR medido (~24 dB) estava significativamente abaixo do requisito MSA de 400-ZR (ROSNR = 26 dB).

Em resumo, esses experimentos demonstram os esforços colaborativos de fornecedores de dispositivos, módulos e testes ao mostrar 2 km 400GBASE-FR4, 8 x 100 km 400G OpenROADM e 125 km 400-ZR de transmissão óptica. O 400-ZR+ QSFP-DD será inserido diretamente em roteadores IP e switches Ethernet. Os próximos módulos 400-ZR e 400-ZR+ QSFP-DD com potência de saída de 0 dBm, apresentando micro-EDFA ou SOA integrados, estão prontos para se tornarem tecnologias essenciais para DCI e redes de transmissão metropolitanas/regionais usando a arquitetura IPoWDM.