Visão geral do transceptor coerente: CFP2-DCO vs QSFP-DD DCO vs OSFP-DCO

Nos últimos anos, a tecnologia de comunicação óptica coerente tornou-se cada vez mais um ponto quente no campo da comunicação óptica. A comunicação óptica coerente com modulação complexa economiza recursos de largura de banda óptica e melhora a eficiência de transmissão de fibra, o que é uma excelente opção para aumentar ainda mais a largura de banda de transmissão. No campo da comunicação de dados, a tecnologia coerente também se tornou a solução principal para a Interconexão de Data Center (DCI) (80~120km). O uso de links ópticos coerentes terá um surto de crescimento nos próximos anos, e essas novas aplicações também apresentam novos requisitos para sistemas de transceptores ópticos coerentes, de modo que transceptores coerentes foram criados. Neste artigo, vamos levá-lo passo a passo através da comparação de comunicação óptica coerente e não coerente para entender o que é tecnologia de comunicação óptica coerente e apresentar quatro tipos de transceptores coerentes que podem realizar a transmissão 100G-400G no mercado atual.

 

1. O que é tecnologia de comunicação óptica coerente?

Na construção de data center e infraestrutura de rede, muitas vezes ouvimos falar de transmissão 400G, e a comunicação óptica coerente é a principal direção tecnológica para atingir essa taxa. Ele desempenha uma grande vantagem na transmissão do backbone do lado da linha.

A luz com a mesma frequência e a mesma direção de vibração pode ser chamada de luz coerente. A modulação coerente e a tecnologia de detecção heteródina são usadas principalmente na comunicação óptica coerente, e a transceptor coerente é o principal produto baseado nesta tecnologia.

O chamado modulação coerente é usar o sinal a ser transmitido para alterar a frequência, fase e amplitude da portadora óptica (em vez de alterar a intensidade da luz como detecção de intensidade), o que requer que o sinal óptico tenha uma certa frequência e fase (em vez de não tendo uma certa frequência e fase como a luz natural), ou seja, deve ser uma luz coerente. Por exemplo, o laser é uma espécie de luz coerente. O assim chamado heteródino detecção é usar um laser gerado por oscilação local para misturar com a luz do sinal de entrada no misturador óptico para obter um sinal IF variando de acordo com a mesma lei que a frequência, fase e amplitude da luz do sinal.

A tecnologia de comunicação óptica coerente é amplamente utilizada, especialmente para comunicação de fibra óptica de comprimento de onda ultralongo (2 ~ 10μm), a comunicação óptica coerente é a mais atraente. Com o desenvolvimento da tecnologia de comunicação por fibra óptica, o uso de fibra óptica de comprimento de onda ultralongo para realizar a comunicação de longa distância é uma das direções importantes da comunicação por fibra óptica no futuro.

 

2. Coerente e não-comunicação óptica coerente

A comunicação óptica coerente inclui as quatro tecnologias principais a seguir:

• Multiplexação de polarização e modulação de alta ordem: usando as características de polarização ortogonal e informações de fase da luz, o sinal original é dividido em dois por muitas vezes, o que pode reduzir bastante a taxa de processamento da camada elétrica.
• Tecnologia de recepção coerente: usando o laser oscilador local com a mesma frequência e fase para ser coerente com o sinal óptico recebido, as informações de amplitude, fase e estado de polarização podem ser recuperadas do sinal recebido.

• Tecnologia de processamento de sinal digital (DSP): resolve a distorção do sinal e o atraso causado pela dispersão no nível do sinal elétrico através do DSP e compensa PMD e CD, o que pode melhorar muito a tolerância de PMD e CD.
• Algoritmo FEC de alto desempenho: o uso da codificação de correção de erro direta FEC pode melhorar a tolerância OSNR do sistema. Diferentes tipos de FEC e taxas de sobrecarga podem ser projetados para diferentes taxas, tipos de código e requisitos de desempenho de transmissão.

Em geral, pode-se ver que a comunicação óptica coerente e não coerente tem suas próprias vantagens e desvantagens e são adequadas para diferentes cenários de aplicação. A comunicação óptica não coerente é usada principalmente em transmissão de linha 2.5G e 10G, transmissão de linha 40G inicial e transmissão Metro de 100G com vários comprimentos de onda. A comunicação óptica coerente é usada principalmente para transmissão de linha 100G, transmissão de linha ultra-100G e transmissão óptica de distância ultralonga. 

 

3. O que é um coerente transceptor?

O transceptor coerente é um produto direto de comunicação óptica coerente tecnologia. A seguir serão apresentados quatro tipos de módulos ópticos coerentes que surgiram no mercado: CFP-DCO, CFP2-DCO, OSFP-DCO e QSFP-DD DCO.

Inicialmente, o transceptor coerente foi empacotado em um fator de forma CFP. O CFP MSA fornece largura de pacote de 82 mm e consumo de energia inferior a 24 W, o que é suficiente para colocar os três elementos ópticos necessários (laser, modulador, ICR) e DSP no CFP para formar um transceptor coerente completo. Este transceptor é chamado de “DCO”, que significa “Digital Coherent Optics”. O CFP-DCO pode ser inserido em qualquer slot projetado para CFP e se comunicar com sinais digitais através da porta óptica. Portanto, switches ou roteadores equipados com slots CFP podem acomodar clientes CFPS de curto alcance ou transceptores CFP-DCO coerentes de longo alcance em qualquer slot.

No entanto, baixo consumo de energia, pacote pequeno, grande capacidade e baixo custo são os objetivos contínuos da indústria de comunicação óptica. Portanto, o CFP MSA inevitavelmente tem que acompanhar o tamanho do CFP2. A largura padrão do CFP2 é de 41.5 mm e inicialmente permite um consumo de energia de 12 W. Conforme mostrado na tabela a seguir, em comparação com o CFP-DCO, o desempenho do CFP2-DCO é significativamente melhorado. O módulo CFP2-DCO pode atender redes metropolitanas e de acesso, enquanto a economia de energia e densidade do CFP2-DCO offer valor considerável em termos de custo total de propriedade (TCO).

 

	Consumo de energia	Taxa máxima de transferência	200G capacidade de transmissão de longa distância	Capacidade de transmissão de rede metropolitana de 400G	Consumo de energia elétrica por 100G
CFP-DCO	32	200	sim	sim	0.16
CFP2-DCO	24	400	sim	sim	0.06

 

Dentro dos limites de potência do CFP2, os aplicativos CFP2-DCO também podem ser estendidos para:

• Transmissão de ultralonga distância CFP2-200G-DCO: relação sinal-ruído óptico (OSNR) inferior a 14dB e técnicas de compensação de dispersão para transmissão acima de 2000 km.
• Transmissão da rede metropolitana CFP2-400G-DCO: até 800km ou mesmo 1000km, dependendo da qualidade do link de fibra e do span EDFA.

Nos últimos anos, além dos modos de empacotamento CFP e CFP2, transceptores coerentes surgiram em uma taxa mais alta e padrões de empacotamento menores, como OSFP-DCO e QSFP-DD DCO.  

OSFP-DCO: O transceptor coerente plugável de fator de forma pequeno octal (OSFP) é projetado com base na codificação de mudança de fase de quadratura de polarização dupla (DP-QPSK) ou modulação de amplitude de quadratura de polarização dupla (DP-16QAM) ou modulação de amplitude de quadratura de modelagem de constelação probabilística (PCS- 16QAM), suportando banda C estendida, detecção coerente de diversidade de polarização e equalização de link eletrônico avançado. A família de produtos oferece suporte a velocidades de transmissão de 100/400 Gbps em um fator de forma OSFP conectável padrão do setor com DSP de 7 nm e pode ser amplamente utilizado em aplicações metropolitanas, de acesso e de nuvem/DCI. Entre eles, o transceptor coerente OSFP-400G-DCO pode atingir 120 km de distância de transmissão e pode realizar interconexão de centro de dados (DCI) de ultra longa distância. 

QSFP-DD DCO: Comparado aos módulos ópticos encapsulados OSFP, o QSFP-DD é menor, consome menos energia e é mais flexível. QSFP-DD DCO também suporta transmissão 100G e 400G, mas na verdade é mais comumente usado no mercado 400G. Os dois transceptores coerentes mais recentes neste pacote são 400G ZR e 400G ZR+. Para conhecer esses dois tipos de transceptores, primeiramente, o Optical Internet Working Forum (OIF) criou o padrão 400ZR. A especificação 400ZR foi um dos primeiros esforços para definir uma interface coerente 400G interoperável. O 400ZR é direcionado para aplicações de borda e alcance relativamente curto, até 120 km DCI. O módulo 400G ZR em um formato DD-QSFP foi projetado para uso por operadoras de data center em hiperescala e redes de peering para fornecer interconexões de alta largura de banda em um espaço interoperável e padrão do setor. Capaz de transmitir 400 GB/s em 120 km. E para 400ZR+, é a combinação de dois esforços de padronização (OIF e OpenROADM) que permite módulos conectáveis ​​de alto desempenho que fornecem interoperabilidade de vários fornecedores.

 

Especificação	Taxa de dados	Tipo de modulação	Alcance Alvo
OIF 400ZR	400G	DP-16QAM	120km
OpenZR +	400G	DP-16QAM	1400km
	300G	DP-8QAM	2500km
	200G	DP-QPSK	3000km
	100G	DP-QPSK	8000km

 

Compare esses dois tipos, geralmente, o padrão OIF 400ZR é principalmente um único tipo de modulação e taxa de linha (400G) para aplicações Metro ponto a ponto, enquanto 400ZR+ se concentra em especificações ópticas de alto desempenho, que podem realizar taxa de linha flexível de 100G-400G e caminho óptico mais longo. Portanto, o módulo óptico 400G ZR+ pode não apenas suportar a taxa de 400G, mas também ser aplicado de forma flexível à taxa de linha de 100G/200G/300G. Sua base é usar a nova estrutura de estrutura de correção de erro direta OpenFEC (oFEC) e um conjunto de especificações de linha óptica 100G-400G. Por meio de fibra SMF-28 padrão (somente EDFA), sob a suposição de rede ideal, estima-se que o desempenho atinja 480km no modo 400G.

Enquanto as interfaces 400ZR estão disponíveis para QSFP-DD DCO, OSFP e módulos ópticos coerentes CFP2-DCO. No entanto, para aplicações 400ZR, os módulos ópticos na forma do pacote QSFP-DD devem ser mais populares porque o QSFP-DD é mais barato e ocupa menos espaço em comparação com vários outros tipos de pacote. Portanto, os módulos ópticos QSFP-DD 400G DCO serão mais promissores no futuro para aplicações de comunicação óptica coerente de 400G.

 

Resumo

Os crescentes requisitos de capacidade em aplicativos de nuvem e DCI baseados em metro estão impulsionando a demanda do setor por módulos coerentes conectáveis ​​e interoperáveis ​​que prometem maior eficiência de custo e benefícios operacionais, juntamente com a capacidade de misturar e combinar módulos de diferentes fornecedores. Uma variedade de novos módulos ópticos coerentes, incluindo CFP-DCO, CFP2-DCO, OSFP-DCO e QSFP-DD DCO, foi desenvolvida para atender a essas novas aplicações. A FiberMall pode fornecer aos clientes todos esses tipos de módulos ópticos coerentes que podem ser amplamente usados ​​em aplicações metropolitanas, de acesso e de nuvem/DCI.