Совместное тестирование оптической системы передачи данных 400GbE компанией FiberMall

FiberMall в сотрудничестве с Lumentum-Neophotonics, Cisco-Acacia и EXFO успешно предложили 927-километровую сквозную совместимую оптическую систему передачи данных 400-GbE (Gigabit Ethernet). Эта система объединяет новейшие подключаемые оптические модули 400G, удовлетворяя потребности клиентов Ethernet (IEEE 802.3 400GBASE), соединений центров обработки данных (OIF 400-ZR) и городских/региональных сетей (400G OpenROADM). Используемые оптические модули 400G поставляются разными поставщиками и включают чипы DSP от разных производителей. Ниже приведено краткое изложение основных характеристик оптических модулей 400GBASE, 400-ZR и 400-ZR+, определенных основными органами стандартизации:

1. Приложения для межсетевого соединения центров обработки данных 400G

Обрабатывается OIF через соглашение о нескольких источниках 400 ZR (MSA). Оптический интерфейс 400ZR можно легко вставить в коммутаторы Ethernet или IP-маршрутизаторы, при условии, что форм-фактор трансивера соответствует требованиям оборудования, что делает его особенно подходящим для приложений IP через WDM, обычно с дальностью передачи от 40 до 120 километров.

Трансиверы 400ZR: Используйте перестраиваемые лазеры C-диапазона, модуляцию DP-16QAM на скорости 59.84 Гбод и C-FEC. Соединение объединяет внутренние коды Хэмминга и внешние лестничные коды с накладными расходами 14.8%. При BER = 10^-15 усиление кодирования C-FEC составляет 10.8 дБ с порогом BER pre-FEC 1e-2. Оптические модули 400ZR требуют OSNR более 26 дБ при полосе пропускания разрешения 0.1 нм для работы в режиме back-to-back.

2. Городские/региональные сети 400G

Решается OpenROADM и OpenZR+. OpenZR+ фокусируется на передаче кадров данных 400GbE, в то время как OpenROADM инкапсулирует потоки 400GbE в контейнеры OTN. Благодаря более высокой эффективности Open-FEC (O-FEC) по сравнению с C-FEC, трансиверы OpenROADM и OpenZR+ охватывают городские/региональные каналы с несколькими оптоволоконными пролетами, оптическими усилителями и ROADM (перенастраиваемыми оптическими мультиплексорами ввода-вывода).

400G OpenZR+: Использует 63.14-Гбод DP-16QAM и O-FEC с накладными расходами 15.3%. O-FEC обеспечивает усиление кодирования 11.6 дБ при BER = 10^-15 с порогом pre-FEC 2e-2. Требуемый OSNR для работы в режиме back-to-back в полосе пропускания 0.1 нм составляет 24 дБ.

Совместное тестирование демонстрирует возможность интеграции современных сменных оптических устройств 400G от разных поставщиков, обеспечивая совместимость и удовлетворяя разнообразные потребности современных оптических сетей в различных приложениях.

Экспериментальная среда для трех сценариев применения

1. 400GBASE-FR4 QSFP-DD:

Модуляция: PAM4 на четырех длинах волн CWDM O-диапазона.

Скорость передачи символов/данных на длину волны: 53.125 Гбод/106.25 Гбит/с.

Потребляемая мощность: ~12 Вт.

Дальность передачи: 2 км.

2. 400G-OpenROADM:

Преобразование: электрическое в оптическое, инкапсуляция кадров 400-GbE в OTU4 (оптический транспортный блок).

Приемопередатчик: цифровая когерентная оптика (DCO) 400G-OpenROADM CFP2.

Модуляция: 400G DP-16QAM с O-FEC.

Скорость передачи символов: 63.14 Гбод.

Скорость передачи данных: 505.11 Гбит/с.

Спектры: Спектр 58 каналов WDM на выходе передатчика и восстановленный спектр сигнала через 800 км.

3. 400-ЗР:

Стандарт: OIF с DP-16QAM и C-FEC.

Скорость передачи символов/данных: 59.84 Гбод/478.75 Гбит/с.

Потребляемая мощность: ~16.5 Вт.

Спектры: Спектр на конце передатчика.

4. Когерентные приемопередатчики:

CFP2-DCO для OpenROADM: включает в себя 7-нм FinFET DSP ASIC и интегрированный оптический узел приемопередатчика (TROSA).

Компоненты TROSA: оптические чипы и высокоскоростные ИС, включая драйверы MZM, TIA и лазеры DS DBR.

Модуляция: InP DP-QPSK со встроенным SOA для компенсации потерь модуляции.

Функции приема: оптические гибриды InP с двойной поляризацией 90° с VOA и четырехканальными дифференциальными TIA.

Функции лазера, передатчика и приемника: все они заключены в TROSA.

Поддерживаемые форматы: 100/200/300/400G DP QPSK/8QAM/16QAM со скоростью передачи данных от 31 до 66 Гбод для оптимизации покрытия канала, емкости и спектральной эффективности.

5. Вариант OE-MCM:

Интеграция: кремниевые фотонные микросхемы (PIC) и цифровые сигнальные процессоры (DSP).

Оптимизация: Уменьшает проблемы с целостностью сигнала за счет размещения лазера за пределами корпуса OE-MCM, что устраняет нежелательную тепловую связь между DSP и лазером.

Эти тестовые среды и характеристики приемопередатчика подчеркивают расширенные возможности оптических систем передачи 400GbE, гарантируя надежную производительность в различных сценариях применения, включая соединения центров обработки данных, городские/региональные сети и клиентские службы Ethernet. Совместные усилия нескольких поставщиков и интеграция различных технологий подчеркивают универсальность и масштабируемость современных оптических сетевых решений.

Окончательные результаты эксперимента

1. 2 км 400GBASE-FR4:

После 2 км оптоволокна QSFP-DD получил общую мощность приблизительно +4.5 дБм по четырем каналам CWDM.

Измеренный коэффициент ошибок по битам (BER) до FEC составил приблизительно 1.4e−4, что гарантирует безошибочную передачу по данному сегменту волокна.

• 8 x 100 км 400G-OpenROADM:

Измерялся BER для канала 400G-OpenROADM с оптимальной входной мощностью в диапазоне от +1 дБм до +3 дБм. Производительность оставалась очень ровной в этом диапазоне, независимо от расстояния.

Канал 400G OpenROADM успешно покрыл 800 км с BER 1.6 × 10−2, получил OSNR 25 дБ и запас OSNR приблизительно 0.8 дБ.

Добавление программируемого оптического фильтра после передатчика CFP2-DCO позволило смоделировать включение каскада WSS 75 ГГц. Эксперимент показал, что на расстоянии 800 км возможно каскадирование не более четырех WSS, а на расстоянии 500 км — до 20 WSS.

• 125км 400-ZR:

При установке «спина к спине» (BtB) чувствительность приемника QSFP-DD составила приблизительно -21 дБм.

Без EDFA сигнал 400G может пройти 40 км по оптоволокну с оптическим бюджетом приблизительно 10 дБ (включая потери в оптоволокне и разъеме).

С мини-EDFA +10 дБм была достигнута безошибочная передача на расстояние 125 км с оптическим бюджетом приблизительно 26.5 дБ, ограниченным возможностями компенсации дисперсии приемника. Измеренный ROSNR (~24 дБ) был значительно ниже требования 400-ZR MSA (ROSNR = 26 дБ).

Подводя итог, можно сказать, что эти эксперименты демонстрируют совместные усилия поставщиков устройств, модулей и тестов в демонстрации 2 км 400GBASE-FR4, 8 x 100 км 400G OpenROADM и 125 км оптической передачи 400-ZR. 400-ZR+ QSFP-DD будет напрямую вставлен в IP-маршрутизаторы и коммутаторы Ethernet. Будущие модули 400-ZR и 400-ZR+ QSFP-DD с выходной мощностью 0 дБм, оснащенные встроенным micro-EDFA или SOA, готовы стать ключевыми технологиями для DCI и городских/региональных сетей передачи с использованием архитектуры IPoWDM.