Модуль 400G DWDM CFP2-DCO

Рост сетевого трафика приводит к увеличению пропускной способности портов в сети передачи. Для передачи на большие расстояния и с высокой пропускной способностью лучшим решением является технология когерентной передачи на основе мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM).

По мере развития когерентных решений 400G спрос на когерентные порты 400G будет расти. Есть два фактора роста когерентных портов 400G:

  •  Рост пропускной способности сети;
  •  Увеличение количества портов 400GE на стороне клиента.

Доказано, что наиболее экономичным методом является использование одной длины волны 400G для передачи трафика 400GE.

Согласно прогнозному отчету LightCounting, когерентные порты 400G будут использоваться во все большем количестве сетей, и в ближайшие 5 лет их число будет расти быстрее всего. С непрерывным увеличением сетевого трафика, общей длины волны и количества длин волн в одной сети сетевые операторы также будут повышать требования к гибкости управления сетью и планирования, тем самым способствуя крупномасштабному развертыванию ROADM (реконфигурируемая оптическая вставка/вывод). мультиплексор).

Поставщики интернет-услуг (ISP) могут динамически настраивать пути длин волн по мере необходимости с помощью технологии выборочной коммутации длин волн (WSS). Оптические пути могут реализовывать двухточечные соединения, уменьшая задержку и энергопотребление. Благодаря этим преимуществам все больше и больше интернет-провайдеров используют это решение.

Например, в 2017 году один из китайских интернет-провайдеров построил сети ROADM с 364 длинами волн вдоль среднего и нижнего течения реки Янцзы. Гибкая модуляция скорости и технология гибкой сетки делают сети DWDM более гибкими и отказоустойчивыми, тогда как традиционные системы DWDM используют фиксированную сетку 50/100 ГГц, центральную частоту и ширину канала. При наличии гибкой технологии модуляции и сетки формат модуляции и ширина канала каждого порта могут быть настроены в соответствии с пропускной способностью и расстоянием передачи, что повышает спектральную эффективность и пропускную способность. Ниже приведена схема гибкой скорости и сетки для гибкой конфигурации сети.

принципиальная схема гибкого тарифа и сетки

Рисунок 1: схематическая диаграмма гибкого тарифа и сетки

Изменения в сетевой архитектуре требуют более гибких оптических модулей на стороне линии, поддерживающих Flex Rate и Flex Grid. Текущая тенденция в оптических сетях заключается в повышении спектральной эффективности, приближающейся к пределу Шеннона. Когерентные оптические модули развиваются в трех направлениях:

  • Спектральная эффективность: улучшите спектральную эффективность и пропускную способность одного волокна в соответствии с прогрессом алгоритма oDSP;
  • Скорость передачи данных: увеличьте скорость передачи данных с одной длиной волны, получите более высокую пропускную способность одного порта и уменьшите стоимость и энергопотребление на бит;
  • Меньший размер и меньшее энергопотребление: он использует интегрированные оптоэлектронные компоненты, передовой производственный процесс и специальный алгоритм oDSP.

Из-за ограничения Шеннона длина волны 64 Гбод 400G не может обеспечить производительность, необходимую для оптической передачи на большие расстояния. Для удовлетворения требований междугородных (региональных) и междугородных магистральных сетей требуются более высокие скорости передачи и более сложные и мощные алгоритмы oDSP.

Например, для дальних соединений (> 1000 км) скорость передачи данных для длин волн 400G должна быть выше 90 Гбод, а скорости как АЦП, так и ЦАП в oDSP необходимо увеличить. Однако по мере увеличения скорости передачи данных оптоволоконная передача становится более дорогой и ее труднее компенсировать. Следовательно, необходимы более сильные алгоритмы компенсации для компенсации физического повреждения полосы движения.

Учитывая, что ROADM широко используются, сквозной канал длины волны должен проходить через несколько или даже десятки ROADM, включая переключатели с выборкой по длине волны (WSS). Эффект суперпозиции фильтрации WSS снижает эффективную пропускную способность канала, что выдвигает более высокие требования к алгоритму компенсации в oDSP. На рисунке ниже показано влияние многоступенчатого ROADM на пропускную способность оптического канала.

влияние многоступенчатого ROADM на пропускную способность оптического канала

Рисунок 2: влияние многоступенчатого ROADM на пропускную способность оптического канала.

Кроме того, многие интернет-провайдеры хотят гибко настраивать формат модуляции и скорость передачи в зависимости от скорости порта и расстояния передачи. Например, они развертывают 400G 16QAM для передачи на большие расстояния 400G и 800G 64QAM для межсоединений городских центров обработки данных на десятки километров, чтобы повысить спектральную эффективность и снизить стоимость за бит. Благодаря этому гибкому методу модуляции и гибкой сетке оптических слоев можно максимизировать пропускную способность волокна, что позволяет сэкономить на инвестициях в оптический кабель.

Когерентные оптические трансиверы большой емкости 400G компании Fiber Mall удовлетворяют потребности различных клиентов. Каждый модуль поддерживает гибкую модуляцию скорости (100G/200G/400G) и упакован в CFP2. Он одновременно поддерживает ширину спектра C-диапазона 40 нм и Super C-диапазон 48 нм и поддерживает до 120 длин волн для удовлетворения потребностей клиентов в большой емкости.

Компоненты кремниевой фотоники небольшого размера или высокопроизводительные компоненты InP с высокой пропускной способностью используются для удовлетворения ряда различных сценариев применения. Принципы 400G когерентные оптические модули в разных упаковках одинаковые. Передающий конец когерентного оптического модуля 400G состоит из oDSP, драйвера данных, лазера с перестройкой длины волны и модулятора PDM-I/Q.

Сначала данные с материнской платы отображаются и кодируются. Затем Tx-oDSP выполняет формирование спектра и компенсацию полосы пропускания канала передачи данных. После этого драйвер данных усиливает амплитуду и вводит усиленные данные в модулятор. Затем модулятор преобразует данные в оптический сигнал для вывода. На стороне Rx оптический сигнал поступает в ICR и интерферирует с длиной волны гетеродина для реализации фотоэлектрического преобразования. После того, как высокоскоростной АЦП производит выборку электрического сигнала, он компенсирует хроматическую дисперсию (CD) и состояние поляризации (SOP). Ниже представлена ​​блок-схема когерентного оптического модуля.

Блок-схема когерентного оптического модуля

Рисунок 3: Блок-схема когерентного оптического модуля

 

Вот предложения по оптическим модулям 400G CFP2-DCO, используемым для передачи большой емкости на большие расстояния 400G:

  • Соответствует протоколу CFP2 (MSA);
  • Использование пакета CFP2;
  • Соответствует спецификациям интерфейса 400G CAUI-8 и FlexO;
  • Поддерживает несколько форматов модуляции, включая QPSK и 16QAM;
  • Поддерживает 400G 16QAM 500 км при 75 ГГц и 200G QPSK 2000 км при 75 ГГц.

400G CFP2-DCP — это подключаемый оптический модуль, который обеспечивает оптимальную производительность и включает в себя несколько инновационных технологий для повышения производительности передачи 400G. Ниже показана блок-схема 400G CFP2-DCO.

Блок-схема 400G CFP2-DCO

Рисунок 4: Блок-схема 400G CFP2-DCO

  • Высокопроизводительный и маломощный oDSP
  • Для увеличения дальности передачи используется технология Turbo Product Codes (TPC) FEC — высокая производительность, низкое энергопотребление — для приближения к пределу Шеннона. Также поддерживаются эластичные скорости от 200G до 400G. Кроме того, подключаемые и маломощные функции реализованы с маломощной архитектурой IP/DSP.

Для 400G CFP2-DCO поддерживаются несколько форматов модуляции, включая 400G 16QAM, 200G QPSK и DQPSK. Для передачи с высокой пропускной способностью рекомендуется 16QAM для одноволновой передачи 400G@75GHz. Для новых сетей рекомендуется использовать QPSK для передачи 200G@75 ГГц с расстоянием передачи 2000 км. Напротив, DQPSK применяется к существующим сетям в смешанных сценариях, чтобы уменьшить влияние на линейность.

  • Возможность работы в диапазоне Super C
  • В системе мультиплексирования с разделением по длинам волн пропускная способность одной оптоволоконной системы напрямую зависит от количества длин волн передачи. Модуль CFP2 — это первый оптический модуль Super C-диапазона, поддерживающий 80 длин волн 400G@75G и имеющий пропускную способность оптической передачи по одному волокну 32T. Реализация диапазона Super C зависит от других возможностей, включая базовые лазеры, ICTR и встроенные оптические усилители (OA).

Tx и Rx используют один лазер для достижения маломощного компактного дизайна в корпусе CFP2. Кроме того, в уникальной конструкции лазера Fiber Mall используется компактный нанолазер с высокой выходной оптической мощностью. Ниже приведен сверхширокополосный спектр (120 длин волн).

Ультраширокополосный спектр

Рисунок 5: Сверхширокополосный спектр

  • Большой диапазон регулировки выходной оптической мощности
  • При передаче на большие расстояния необходимо точно настроить выходную оптическую мощность, чтобы получить лучшую производительность. Выходная оптическая мощность 400G CFP2-DCO может быть точно отрегулирована в диапазоне от +1 дБм до +4 дБм, чтобы соответствовать требованиям входной мощности различных оптических слоев.
  • Кремниевая фотоника интегрирована ICTR
  • Технология кремниевой фотоники ICTR используется в 400 г CFP2-DCO модуль для минимизации физического размера. Благодаря своим уникальным оптическим свойствам кремниевая фотоника имеет большее ограничение оптического поля, что приводит к более компактным волноводным структурам. Более того, кремниевая фотоника поддерживает обработку поляризации, что позволяет осуществлять модуляцию и когерентное обнаружение сигналов 16QAM с двойной поляризацией при минимальном размере микросхемы ICTR.
  • Фотоэлектрическая многочиповая упаковка

Производительность РЧ-канала от oDSP до оптического модулятора оптимизирована для снижения требований к драйверу и, следовательно, снижения энергопотребления. Кроме того, оптические микросхемы и электронные микросхемы упакованы вместе, чтобы уменьшить физический размер.

  • Высокопроизводительный компактный ОА

Технология кремниевой фотоники ICTR используется для достижения компактных размеров, но приводит к большим вносимым потерям. Для обеспечения высокопроизводительной оптической передачи в выходном терминале используется небольшой ОУ, независимо разработанный компанией Fiber Mall для усиления оптического сигнала. Кроме того, коэффициент шума ОУ оптимизирован для высококачественных усиленных оптических сигналов.

HВот предложения fили оптический модуль 400G MSA для передачи на большие расстояния и сверхбольшой емкости:

  • Высокопроизводительный oDSP
  • Для увеличения дальности передачи используется высокопроизводительная технология FEC для непрерывного приближения к пределу Шеннона, а также поддерживаются эластичные скорости 200-800G. Когда количество ROADM и количество каскадных фильтров в полностью оптической сетевой архитектуре увеличивается, алгоритм Faster-Than-Nyquist (FTN) используется для повышения пропускной способности фильтров, гарантируя, что многоступенчатые фильтры не причинять убытков. Модуль сбора и анализа данных оптоволоконного канала интегрирован в систему управления сетью, чтобы улучшить возможности эксплуатации и обслуживания в течение всего жизненного цикла. Характеристики передачи MSA 400G показаны на рисунке ниже.

Характеристики передачи MSA 400G

Рисунок 6: Производительность передачи MSA 400G

  • Высокопроизводительный лазер
  • В когерентной системе 400G перестраиваемый лазер выдает оптический сигнал в Tx для модуляции. В Rx другой перестраиваемый лазер обеспечивает оптический сигнал, который используется в качестве локального опорного сигнала для когерентного обнаружения. Лазер должен иметь следующие характеристики:

– Высокая выходная оптическая мощность: обеспечивает высокую падающую оптическую мощность модуля и улучшает характеристики передачи;

– Узкая ширина линии: нелинейный фазовый шум вводится после передачи оптического сигнала по оптоволокну, а ширина линии напрямую связана с фазовым шумом. Это особенно верно для передач с высокой квадратурной амплитудной модуляцией (QAM), которые еще больше увеличивают требования к ширине линии. Уникальный интегрированный лазер InP с SOA используется для обеспечения высокой выходной оптической мощности.

Кроме того, уникальная конструкция решетки и схема управления длиной волны используются для достижения сверхтонкой ширины линии и высокостабильной фиксации длины волны. Более того, за счет оптимизации усиливающей среды и перестраиваемой решетки лазера обеспечивается перестраиваемый лазер в диапазоне Super-C. На рисунке ниже показан высокопроизводительный лазер.

Высокопроизводительный лазер

Рисунок 7: Высокопроизводительный лазер

  • Высокопроизводительный модулятор
  • Как правило, модуляторы создаются с использованием одной из технологий: ниобата лития (LiNbO 3 ), фосфористого индия (InP) или кремниевой фотоники. У каждого есть свои сильные и слабые стороны. LiNbO3 — это зрелая платформа оптических компонентов, которая может обеспечить высокую пропускную способность и низкую амплитуду возбуждения, но с большим размером компонента. InP поддерживает модуляцию с высокой пропускной способностью и может интегрировать SOA для достижения высокой выходной оптической мощности. Однако InP чувствителен к температуре, а для контроля температуры требуется TEC.
  • С другой стороны, кремниевые фотонные модуляторы интегрируют функциональные блоки поляризационного мультиплексирования на уровне микросхемы, при этом уменьшая физический размер, что требует более высоких управляющих напряжений. В MSA 400G используется полуизолирующая подложка и уникальный модулятор Mach-Zehnder для интеграции InP I/Q-MZ с высокой пропускной способностью и интеграции SOA. Таким образом достигается высокая ширина полосы модуляции и высокая выходная оптическая мощность. На следующем рисунке показана высокая полоса пропускания модуляции, поддерживаемая модулятором InP.

высокая пропускная способность модуляции, поддерживаемая модулятором InP

Рис. 8. Широкая полоса пропускания модуляции, поддерживаемая модулятором InP.

  • Высокопроизводительный оптоэлектронный или RFIC
  • В Tx когерентного оптического приемника требуется драйвер для усиления электрического сигнала для управления оптическим модулятором. На стороне Rx требуется TIA для преобразования сигналов тока в сигнал напряжения и усиления сигнала напряжения. Следовательно, драйверы и TIA должны иметь более высокую пропускную способность и лучшую линейность.
  • Он реализует сверхширокую полосу пропускания, сверхвысокую линейность, линейный драйвер со сверхнизким уровнем шума и TIA на основе инновационной архитектуры схемы и дизайна активной коррекции. Модуляторы когерентного привода (CDM) и ICR также обеспечивают высокую пропускную способность.

ТИА и водитель

Fрисунок9:ТИА и водитель

  • Высокопроизводительный ICR
  • ICR используется в Rx для приема оптического сигнала в когерентном оптическом приемнике. В этом процессе также участвуют оптические смесители и PD, которые используются для преобразования оптических сигналов в электрические сигналы. Технологии, связанные с ICR, включают технологию кремния на изоляторе (SOI) для интеграции ICR, технологию планарной световолновой схемы (PLC) для оптических смесителей и InP PD.
  • Оптические смесители, основанные на технологии SiN, могут использоваться для достижения хорошей связи волокна и обработки поляризации для получения наилучшего эффекта оптического смешения. ФД InP с широкой полосой пропускания и высокой чувствительностью монтируются на кристаллы SiN через уникальный корпус с перевернутым кристаллом, который формирует высокоинтегрированные, высокопроизводительные и малогабаритные ICR. Схема ICR выглядит следующим образом.

Принципиальная схема ИКР

Рисунок 10: Схематическая диаграмма ICR

  • Высокопроизводительный пакет
  • В MSA 400G используется пакет высокопроизводительной модели зарядного устройства (CDM). Драйвер и модулятор с высокой пропускной способностью объединены в единый узел, что позволяет сократить длину дорожки для высокоскоростных радиочастотных сигналов и обеспечить целостность высокоскоростного сигнала и широкую полосу пропускания. В некоторых электрических портах используются контакты для обеспечения стабильного соединения и пропускной способности входящих сигналов, что повышает производительность компонентов CDM. На следующем рисунке представлена ​​схема упаковки высокопроизводительных компонентов.

принципиальная схема упаковки высокопроизводительных компонентов

Рисунок 11: схематическая диаграмма упаковки высокопроизводительных компонентов

  • Гибкие тарифы 200-800G, одноволновая передача 800G большой емкости
  • Микромодуль поддерживает QAM высокого порядка с помощью мощного oDSP и широкополосной оптики. Между тем, формирование созвездия 2.0 используется для поддержки настройки 200-800G. Кроме того, встроенный ОУ может гарантировать выходную оптическую мощность при модуляции более высокого порядка.

Гибкие форматы модуляции

Fрисунок12:Гибкие форматы модуляции

Потребность в более высокой емкости, более низкой стоимости за бит и более низком энергопотреблении приводит к все более и более высоким скоростям передачи для оптических модулей. Как основная технология предыдущего поколения, 100G вступила в зрелый и стабильный жизненный цикл, и снизить себестоимость единицы продукции сложно. В настоящее время основные оптические модули 400G используются в различных сетевых сценариях, таких как сети центров обработки данных, городские интегрированные несущие сети и сети передачи большой емкости на большие расстояния.

Оставьте комментарий

Наверх