تقنيات مختلفة لنظام 100G DWDM

أدى التطوير المستمر للخدمات المتوسطة والعالية السرعة في شبكات الاتصالات إلى وضع متطلبات أعلى وأكثر إلحاحًا لعرض نطاق الإرسال للتوصيل البيني الحالي لمراكز البيانات (DCI) وشبكات اتصالات منطقة العاصمة. أصبح التطور من تقنية النقل البصري السائدة 10 / 40Gbps إلى 100Gb / s هو اتجاه تقنية النقل البصري. خلص FiberMall بعد عدد كبير من الدراسات إلى أنه يمكن استخدام تقنية QSFP28 PAM4 لنقل 100G DWDM في غضون 100 كيلومتر ، وأن طرق النقل البصري 100G لتعديل الطور والاستقبال المتماسك مطلوبة لنقل 100G DWDM على مدى 100 كيلومتر.

من بينها، يعد نظام الإرسال PM-QPSK الذي يستخدم تقنية الاستقبال المتماسك هو الأكثر شهرة من قبل الصناعة. يمكن تعويض الاختلالات المختلفة في القناة، مثل التشتت اللوني، وPMD، وتردد الناقل، وإزاحة الطور، بمرونة في المجال الكهربائي وإعادة تكوينها في الإشارات بواسطة جهاز استقبال نظام PM-QPSK باستخدام تقنية معالجة الإشارات الرقمية (DSP). لذلك، يوفر PM-QPSK جنبًا إلى جنب مع الكشف المتماسك الحل الأمثل، والذي اختاره معظم موردي النظام كمخطط إرسال طويل المدى 100G.

تطورت تقنية DWDM إلى معدلات تعديل أعلى وأعلى ، بما في ذلك 1.25G NRZ و 2.5 G NRZ و 10 G NRZ و 25 G NRZ. يستخدم كل من 50G PAM4 و 100G PAM4 تعديلًا عالي المستوى PAM4 ، وكذلك تقنية التعديل المتماسك DWDM التنافسية حاليًا ، بشكل أساسي لـ 200G و 400G ، بالإضافة إلى خدمات النطاق الترددي العالي 800G المستقبلية.

يتم توصيل الوحدة الضوئية 100G DWDM QSFP28 PAM4 مباشرة بجهاز توجيه أو مفتاح مركز بيانات مناسب ، دون الحاجة إلى منصة محول DWDM منفصلة ، مما يقلل بشكل كبير من التكاليف ويبسط النشر والصيانة. علاوة على ذلك ، مع وحدات تعويض التشتت المناسبة (DCMs) وأنظمة تضخيم EDFA ، يمكن إضافة وحدات PAM4 إلى شبكات DWDM الحالية للإرسال الهجين.

تعتمد أشكال منتجات الجيل التالي على تعديل PAM4 عالي الترتيب: 50G (1X50G PAM4) و 100G (2X50G PAM4) و 100G (1x100G PAM4).

50G （1X50G PAM4 الحل

تشمل الوحدات الضوئية التي تستخدم حلول 50G (1X50G PAM4) وحدات بصرية 50G SFP56 DWDM (النطاق C ، تباعد الطول الموجي 50 جيجا هرتز). يعتمد المنتج عامل الشكل SFP56 ، وهو نفس حجم SFP + ويمكن ترقيته مباشرةً إلى 50 جيجا دون تغيير بنية النشر الأصلية.

تتبنى الوحدة البصرية 50G SFP56 DWDM تعديل 50G PAM4 على كل من جانب المنفذ البصري وجانب المنفذ الكهربائي وتستخدم ليزر DWDM EML في نهاية الإرسال. بدعم من تعويض تشتت DCM و EDFA ، يمكنها تلبية متطلبات مسافة نقل لا تقل عن 80 كم. يدعم النطاق الترددي الكلي للألياف الفردية 96 موجة x50G = 4800G ، ويمكن لشكل المنتج مع درجة حرارة صناعية أن يلبي احتياجات أنظمة النقل الأمامي 5G.

الشكل 1: رسم تخطيطي للوحدة البصرية 50G SFP56 DWDM

100G （2X50G PAM4 الحل

تتضمن الوحدة الضوئية التي تستخدم حل 100G (2X50G PAM4) 100 جرام QSFP28 DWDM (النطاق C ، فاصل الطول الموجي 50 جيجا هرتز). عادة ما يطلق عليه 100G PAM4 QSFP28 في الصناعة ، وينقل المنفذ البصري الخاص به خدمة 100GE من خلال طولين موجيين مختلفين 2G DWDM. يعتمد جانب المنفذ الكهربائي 50X4G NRZ ، بينما يحتوي جانب المنفذ البصري على حلين: واجهات CS و LC. واجهة CS تتبنى 25 ألياف بصرية ، 4 في و 2 خارج. يعتمد مخطط واجهة LC على الوجهين تقنية WDM ، ويمكن أن يستخدم الألياف الضوئية 2 للإرسال. بدعم من تعويض تشتت DCM و EDFA ، يمكنه تلبية متطلبات مسافة نقل لا تقل عن 2 كم ، ويدعم النطاق الترددي الكلي للألياف الفردية 80 موجة x96G = 50G.

الشكل 2: رسم تخطيطي للوحدة البصرية 100G QSFP28 DWDM (واجهة CS)

الشكل 3: رسم تخطيطي للوحدة البصرية 100G QSFP28 DWDM (واجهة LC)

100G （1x100G PAM4 الحل

وحدات بصرية باستخدام 100G (1 × 100 جرام) تشمل الحلول 100G QSFP28 DWDM (النطاق C ، 100 جيجا هرتز). يتحقق هذا المنتج بشكل أساسي من خلال مصدر ضوء DWDM + تكنولوجيا تعديل ضوء السيليكون. بدعم من DCM + EDFA ، يمكنها تلبية 80 كم من الإرسال ، وإجمالي عرض النطاق الترددي للألياف الفردية يدعم 48 موجة x100G = 4800G.

الشكل 4: رسم تخطيطي للوحدة البصرية 100G QSFP28 DWDM

مع مزاياها ، عادةً ما تُستخدم الوحدات البصرية PAM4 DWDM في إنشاءات 100G و 400G ، مثل DCI من نقطة إلى نقطة ، والوصول إلى مترو Ethernet القائم على DWDM ، وروابط الحرم الجامعي والمؤسسة ، وهندسة الوصول إلى الهاتف المحمول 100G ، وما إلى ذلك لمركز البيانات DCI 5km ~ 80km ، 120G / 50G DWDM تعتمد على تعديل PAM100 عالي الترتيب يمكن أن تتنافس مع التماسك 200غ/ تقنية 100G DWDM للحصول على حصة في السوق بتكلفة منخفضة. كما هو موضح في الجدول أدناه:

المنتجات	حل ثنائي الموجة 50G PAM4 DWDM	حل 100G PAM4 الموجة الواحدة	حل DP-QPSK متماسك
استهلاك الطاقة	حول 5.5W	حول 5.5W	فوق 20W
شكل عامل	QSFP28	QSFP28	CFP2 / CFP
مساحة تردد DWDM	50GHz	100GHz	50GHz
هل EDFA مطلوب؟	نعم	نعم	نعم
تعويض تشتت DCM	نعم	نعم	لا
التسامح RX OSNR	منخفض جدًا ، يصل إلى 2 EDFAs في التسلسل	منخفض جدًا ، يصل إلى 2 EDFAs في التسلسل	عالية ، N EDFAs يمكن أن تتالي
إجمالي النطاق الترددي النموذجي	96X50G	48X100G	96X100G
ما إذا كان يمكن تحقيق انتقال أحادي الألياف / ثنائي الألياف	سهل	سهل	صعب للغاية ويتطلب مصدرين مختلفين للضوء من ITLA.
بعد انتقال	80 كم ~ 120 كم	80 كم ~ 100 كم	أكثر بكثير من 80 كم

الجدول 1: نظام 50G PAM4 DWDM مقابل نظام 100G PAM4 DWDM VS 100G DWDM نظام متماسك

100 جرام DWDM DCO QSFP28 الحلول

ال 100 جرام DWDM DCO QSFP28 تتوافق الوحدة الضوئية مع معيار SFF-8636 (QSFP28 MSA)، مما يضمن التوافق مع المفاتيح التي تدعم منافذ QSFP28. تدمج هذه الوحدة البصريات الرقمية المتماسكة (DCO) مع معالج إشارة رقمية مدمج (DSP)، مما يتيح تنسيقات تعديل متماسكة مثل QPSK، مما يجعلها مناسبة لنقل DWDM لمسافات طويلة. لمسافات تصل إلى 40 كم، لا حاجة لمضخم الألياف الضوئية المشبع بالإربيوم (EDFA)، بل مكونات DWDM سلبية مثل Mux/Demux. أما بالنسبة للوصلات التي يبلغ طولها 80 كم و120 كم، فتُعدّ مكونات EDFA ضرورية: مضخم تعزيز في جهاز الإرسال ومضخم مسبق في جهاز الاستقبال لتعويض توهين الإشارة. كما يتولى معالج الإشارة الرقمية (DSP) معالجة تعويض التشتت اللوني داخليًا، مما يلغي الحاجة إلى وحدة تعويض التشتت الخارجية (DCM) أو TDCM القابلة للضبط (DCM).

تتوافق الوحدة مع محولات إيثرنت 100G الشائعة، مثل Cisco Nexus وArista 7050X وJuniper QFX وEdgecore، دون أي التزام من جهة خارجية، طالما أن المحول يدعم معيار SFF-8636. كما تدعم شبكات DWDM ITU القياسية (مثل النطاق C، بفاصل 50 جيجاهرتز أو 100 جيجاهرتز)، مما يجعلها مناسبة لشبكات DWDM من نقطة إلى نقطة أو شبكات متعددة النطاقات. تشمل التطبيقات الشائعة ربط مراكز البيانات (DCI)، وشبكات المناطق الحضرية (MAN)، والنقل لمسافات طويلة. في مجموعات AI/HPC، تدعم الوحدة اتصالات عالية النطاق الترددي ومنخفضة زمن الوصول.

مقارنة مع 100G (2x50G PAM4) DWDM QSFP28 و 100G Single Wave PAM4 DWDM QSFP28

الميزات	100 جرام DWDM DCO QSFP28	100 جيجابايت (2 × 50 جيجابايت PAM4) DWDM QSFP28	100G موجة واحدة PAM4 DWDM QSFP28
تعديل	متماسك (على سبيل المثال، DP-QPSK)	2x50G PAM4 (غير متماسك)	PAM4 أحادي الطول الموجي (غير متماسك)
الطول الموجي/القناة	طول موجي واحد (شبكة DWDM ITU)	طول موجي مزدوج (2x50G)	طول موجي واحد (100 جيجابت في الثانية)
تعويض التشتت	مُدمج مع DSP، لا حاجة إلى DCM/TDCM	يتطلب DCM/TDCM خارجيًا	يتطلب DCM/TDCM خارجيًا
مسافة الإرسال (بدون EDFA)	≤40 كم (DWDM سلبي)	≤40 كم (يعتمد على الوحدة)	≤40 كم (يعتمد على الوحدة)
متطلبات EDFA	80 كم/120 كم تحتاج إلى تعزيز + مضخم مسبق	قد يتطلب EDFA >40 كم	قد يتطلب EDFA >40 كم
استهلاك الطاقة	أعلى (~4.5–5 واط بسبب DSP)	أقل (~3.5–4 واط)	الأقل (~3–3.5 واط)
التعقيد/التكلفة	عالية (تكامل DSP)	متوسط ​​(يتطلب DCM/TDCM)	أقل (تصميم أبسط)
حالة الاستخدام النموذجية	DCI، MAN لمسافات طويلة	DCI متوسط ​​إلى قصير	روابط DCI قصيرة أو روابط عالية الكثافة

الاختلافات الرئيسية

تستخدم وحدة DCO QSFP28 تعديلًا متماسكًا (مثل DP-QPSK) ومعالجة إشارات قائمة على DSP، مما يوفر تسامحًا فائقًا مع التشتت وأداءً لمسافات طويلة، وهو مثالي للوصلات التي تتراوح مداها بين 80 و120 كم. في المقابل، تستخدم وحدة PAM2 ثنائية الموجات 50x4G تعديل PAM4 ثنائي الموجة، وتتطلب DCM/TDCM خارجيًا لتعويض التشتت، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات متوسطة المدى. تُعد وحدة PAM4 أحادية الموجة، بتصميمها البسيط واستهلاكها المنخفض للطاقة، مثالية للانتشارات قصيرة المدى أو عالية الكثافة، على الرغم من محدودية تسامحها مع التشتت.

بينما يمكن تشغيل جميع الوحدات الثلاث بدون مُحسِّنات EDFA لمسافات تصل إلى 40 كم باستخدام مكونات DWDM سلبية، تتطلب المسافات الأطول (80-120 كم) مُحسِّنات EDFA. تحتاج وحدة DCO صراحةً إلى مُحسِّنات تعزيز ومُضخِّمات أولية، بينما قد تتطلب وحدات PAM4 أيضًا مُضخِّمات، وذلك حسب ميزانيتها الضوئية وخسارة الوصلة.

من حيث الطاقة والتكلفة، تستهلك وحدة DCO طاقة أكبر (حوالي 4.5-5 واط) بفضل معالج الإشارة الرقمية (DSP)، لكنها تقدم أداءً أفضل. أما وحدات PAM4، فهي أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة (3-4 واط) وأكثر فعالية من حيث التكلفة، ولكنها قد تُسبب تكاليف إضافية للنظام بسبب الحاجة إلى DCM/TDCM.

الاستخدام على مفاتيح إيثرنت 100G

وحدة DWDM DCO QSFP100 بسعة 28 جيجابايت متوافقة مع المفاتيح التي تدعم منافذ QSFP28 ومعيار SFF-8636، مثل Cisco Nexus 9300 وArista 7050X وJuniper QFX5200 وEdgecore AS7712-32X. يعتمد التوافق على دعم البرامج الثابتة وتكوين المنفذ. على سبيل المثال، يتطلب Cisco Nexus 9300 الإصدار 7.x أو أحدث من نظام التشغيل NX-OS لدعم وحدات DWDM DCO. لا تتطلب Cisco عادةً تراخيص إضافية للاستخدام الأساسي، ولكن قد تتطلب الميزات المتقدمة مثل IPoDWDM أو TXP/MXP تراخيص Advantage أو Premier. لا تتطلب Arista وJuniper عمومًا تراخيص خاصة، ولكن قد يلزم تأكيد دعم DCO في نظام التشغيل NOS الخاص بهما (مثل SONiC).

بالنسبة للوصلات التي يبلغ طولها 40 كم أو أقل، يمكن استخدام تقنية DWDM Mux/Demux السلبية (مثل 8/16/40 قناة) بدون EDFAs. بالنسبة للوصلات التي يبلغ طولها 80 كم أو 120 كم، يلزم وجود مضخم تعزيز في جهاز الإرسال ومضخم مسبق في جهاز الاستقبال للحفاظ على سلامة الإشارة.

توصيات النشر العملية

وحدة DCO QSFP28 مثالية للنقل لمسافات طويلة (40-120 كم)، مثل سيناريوهات DCI أو MAN، حيث يُفضل تصميم نظام مبسط وموثوقية عالية. يوفر معالج الإشارة الرقمية (DSP) الخاص بها تشتتًا ممتازًا وتحملًا ممتازًا للضوضاء. في المقابل، تُعدّ وحدات PAM2 أحادية الموجة (50x4G) ووحدات PAM40 ثنائية الموجة (Single Wave) أكثر ملاءمةً للنشر لمسافات قصيرة (≤4 كم) أو عمليات النشر الحساسة للتكلفة. هذه الوحدات مناسبة للشبكات ذات البنية التحتية الحالية لـ DWDM، ويمكنها تحمل التعقيد الإضافي لـ DCM/TDCM. تُعد وحدات PAMXNUMX أحادية الموجة مناسبة بشكل خاص للاتصالات عالية الكثافة وقصيرة المدى داخل مراكز البيانات.

في بيئات الذكاء الاصطناعي/الحوسبة عالية الأداء، تُستخدم وحدات DCO QSFP28 للربط بين مراكز البيانات بسرعة عالية وزمن وصول منخفض، وغالبًا ما تُدمج مع وحدات معالجة البيانات (DPU) مثل NVIDIA BlueField لتحسين أداء الشبكة. تُعد وحدات PAM4 أكثر ملاءمةً للهياكل منخفضة التكلفة في مراكز البيانات.

تتوافق وحدة 100G DWDM DCO QSFP28 مع معيار SFF-8636، وهي متوافقة مع مفاتيح 100G الشائعة، وتتميز بمعالج إشارة رقمية (DSP) مدمج لتعويض التشتت. لا تتطلب EDFA لمسافة ≤ 40 كم، وتستخدم Boost + Pre-Amplifier لمسافة 80-120 كم، مما يجعلها مثالية لـ DCI لمسافات طويلة. تتطلب الوحدات القائمة على PAM4، على الرغم من انخفاض تكلفتها واستهلاكها للطاقة، وحدة DCM/TDCM خارجية، وهي مناسبة بشكل أفضل للتطبيقات قصيرة المدى أو عالية الكثافة. التوافق مع مفاتيح مثل Cisco وArista وJuniper قوي بشكل عام، مع ضرورة التحقق من متطلبات البرامج الثابتة والترخيص.

التقنيات الحاسمة لمخطط DP-QPSK المتماسك 100G

إرسال متعدد الاستقطاب، مفتاح إزاحة الطور التربيعي (PM-QPSK)

QPSK هي طريقة تشكيل نطاق تردد رقمي متعدد المتغيرات (رباعي). يحتوي الناقل الجيبي لإشارته على 4 حالات طور منفصلة محتملة ، وتحمل كل مرحلة حاملة رمزين ثنائيين. يقسم PM-QPSK إشارة 2G واحدة إلى إشارتين حاملة 100G مع حالات استقطاب مختلفة وينفذ تعديل QPSK على كل موجة حاملة. لذلك ، يمكن أن تقلل هذه الطريقة من معدل البث بالباود إلى النصف. في الوقت نفسه ، نظرًا لأن كل حالة استقطاب يمكن أن تستخدم 50 مراحل لتمثيل معلومات البتات ، فمن الممكن تقليل معدل البث بالباود للقناة إلى النصف. وبالتالي ، بعد تشفير PM-QPSK ، يمكن تقليل معدل البث بالباود إلى ربع معدل البتات.

فيما يلي رسم تخطيطي لطريقة تشفير PM-QPSK:

الشكل 5: رسم تخطيطي لترميز PM-QPSK

SD-FEC

تستخدم تقنية FEC على نطاق واسع في أنظمة الاتصالات البصرية. يمكن أن تحصل FECs المختلفة على أداء نظام مختلف. وفقًا لطرق المعالجة المختلفة للإشارات المستقبلة ، يمكن تقسيم FEC إلى أكواد ذات قرارات صارمة وأخرى ناعمة.

كود القرار الصعب هو طريقة لفك التشفير تعتمد على وجهة نظر كود تصحيح الأخطاء التقليدية. يقوم مزيل التشكيل أولاً باتخاذ أفضل قرار صعب بشأن قيمة إخراج القناة. تبلغ نسبة التكرار FEC للقرار الصعب حوالي 7 ٪ ، والتي تم استخدامها على نطاق واسع في مجال الاتصالات الضوئية.

يستفيد فك التشفير الناعم بالكامل من إخراج معلومات الموجة بواسطة القناة. يرسل مزيل التشكيل ناتجًا بقيمة حقيقية من المرشح المطابق إلى مفكك التشفير ، أي أن مفكك الشفرة ذو القرار المرن لا يحتاج فقط إلى تدفقات شفرة "0/1" ولكن أيضًا "معلومات لينة" لوصف موثوقية تدفقات الشفرة هذه. كلما ابتعدنا عن عتبة القرار ، زادت موثوقية القرار ، وإلا انخفضت الموثوقية.

لتعكس درجة المسافة ، من الضروري تقسيم مساحة الحكم بشكل أكثر دقة. بالإضافة إلى قسمة عتبة "0/1" ، يتم أيضًا تقسيم مسافات "0" و "1" على "حد الثقة" لتوضيح الموضع النسبي لنقطة القرار في مساحة القرار. بالمقارنة مع القرار الصعب ، يحتوي القرار الناعم على المزيد من معلومات القناة. يمكن لمفكك التشفير الاستفادة الكاملة من هذه المعلومات من خلال فك التشفير الاحتمالي ، للحصول على مكاسب تشفير أكبر من فك التشفير الصعب القرار.

توصي OIF بأن تختار 100G ترميز تصحيح الخطأ الأمامي ذو القرار الناعم (SD-FEC) مع تكرار أقل من 20٪. في هذه الحالة ، يمكن أن يصل صافي كسب الترميز إلى حوالي 10.5 ديسيبل. يمكن أن يصل استخدام تقنية SD-FEC 100G إلى نفس مستوى مسافة النقل مثل 10G.

التكنولوجيا المتماسكة

يشير التماسك إلى آلية إزالة التشكيل التي يكون فيها للموجات نفس مقدار الاهتزاز ، ونفس اتجاه الاهتزاز والتردد ، وعلاقة طور ثابتة. إنها طريقة كشف يتم فيها مضاعفة الموجة الحاملة للإشارة المشكلة بواسطة الإشارة المشكلة المستقبلة ، ثم يتم الحصول على الإشارة المشكلة عن طريق ترشيح تمرير منخفض.

يكتشف الاكتشاف المتماسك كثافة الإشارات اللاسلكية الضوئية والمرحلة والتردد. يتم خلط الإشارة الضوئية مع ليزر المذبذب المحلي (LO) عند الطرف المستقبل قبل دخول المستقبل البصري ، مما ينتج عنه مكون تردد وسيط يساوي الفرق بين تردد ليزر LO وتردد مصدر الضوء الأصلي.

بالمقارنة مع الاكتشاف المباشر ، يكون الاكتشاف المتماسك عرضة للحصول على نسبة إشارة إلى ضوضاء كبيرة. يحتوي على أنواع إشارات أكثر قابلية للاسترداد ، وانتقائية تردد أفضل ، وهو أكثر ملاءمة لأنظمة DWDM. يقوم المستقبل الرقمي المتماسك بتعيين جميع الخصائص البصرية للإشارة الضوئية إلى المجال الكهربائي من خلال تنوع الطور وتنوع الاستقطاب. كما أنها تستخدم تقنية DSP الناضجة لتحقيق إزالة تعدد إرسال الاستقطاب وتعويض تلف خطي القناة في المجال الكهربائي. كل هذا يبسط تعويض التشتت البصري وتصميم إزالة تعدد إرسال الاستقطاب في قناة الإرسال لتقليل الاعتماد على معوضات التشتت البصري وألياف PMD المنخفضة والقضاء عليه.

ومع ذلك ، فإن جهاز الاستقبال الرقمي المتماسك ينقل تعقيد تصميم قناة الإرسال إلى جهاز الاستقبال. تتمثل تكلفة الحصول على خصائص كشف أفضل في الاكتشاف المتسق في زيادة تعقيد النظام بشكل كبير ، ويفتقر إلى المرونة.

تحسين شبكات DWDM باستخدام وحدات متماسكة بسعة 100 جيجابايت

أحدث اعتماد وحدات 100G المتماسكة ثورةً في أنظمة مضاعفة تقسيم الطول الموجي الكثيف (DWDM)، مما يتيح نقلًا ضوئيًا عالي السعة لمسافات طويلة لتلبية متطلبات الشبكات الحديثة. تستخدم هذه الوحدات تقنيات تعديل متقدمة، مثل مفتاح إزاحة الطور التربيعي متعدد الإرسال بالاستقطاب (PM-QPSK)، إلى جانب الكشف المتماسك ومعالجة الإشارات الرقمية (DSP) لتوفير أداء قوي. من خلال تعويض الاختلالات مثل التشتت اللوني وتشتت وضع الاستقطاب (PMD) في المجال الكهربائي، تضمن وحدات 100G المتماسكة سلامة الإشارة لمسافات تتجاوز 1000 كيلومتر، مما يجعلها مثالية لربط مراكز البيانات (DCI) والشبكات الحضرية وتطبيقات المسافات الطويلة. تجعل كفاءتها الطيفية العالية وتوافقها مع البنية التحتية الحالية لـ DWDM منها حجر الزاوية للمشغلين الذين يسعون إلى توسيع نطاق النطاق الترددي بكفاءة.

توفر وحدات 100G المتماسكة، والتي عادةً ما تكون مدمجة في عوامل شكلية مثل CFP أو CFP2، مرونةً ملحوظةً لترقيات الشبكات. مزودةً بأشعة ليزر قابلة للضبط ومتوافقة مع شبكة ITU DWDM (بمسافة 50 جيجاهرتز أو 100 جيجاهرتز)، تُمكّن هذه الوحدات من تخصيص الطول الموجي ديناميكيًا، مما يُبسط إدارة الشبكة ويُقلل من تكاليف المخزون الاحتياطي. على سبيل المثال، تدعم وحدات 100G المتماسكة CFP2-DCO من FiberMall ما يصل إلى 120 قناة في النطاق C، مما يوفر مسار ترقية سلسًا من أنظمة 10G أو 40G دون الحاجة إلى تغييرات كبيرة في البنية التحتية. عند إقرانها بمضخمات الألياف المُشبعة بالإربيوم (EDFAs) ووحدات تعويض التشتت (DCMs)، توفر هذه الوحدات أداءً موثوقًا به لكل من الشبكات الحضرية والبعيدة المدى، مُلبيةً الاحتياجات المتزايدة للحوسبة السحابية، وشبكات النقل الخلفية لشبكات الجيل الخامس (5G)، واتصالات المؤسسات.

مخططات التنفيذ لوحدات 100G المتماسكة في أنظمة DWDM

للاستفادة الكاملة من وحدات 100G المتماسكة، يمكن لمشغلي الشبكة تنفيذ مخططات مخصصة لمعالجة حالات الاستخدام المحددة وتحسين الأداء.
المخطط 1: يركز نشر تقنية Metro DCI على نشر وحدات متماسكة بسرعة 100 جيجابت في شبكات مراكز البيانات داخل المناطق الحضرية. من خلال دمج هذه الوحدات مع مُضاعِفات الإضافة والإسقاط الضوئية القابلة لإعادة التكوين (ROADMs)، يمكن للمشغلين تحقيق توجيه مرن للأطوال الموجية لروابط عالية السرعة ومنخفضة الكمون تمتد على مدى 80-120 كم. يدعم هذا المخطط ما يصل إلى 9.6 تيرابت في الثانية لكل زوج من الألياف (96 قناة بسرعة 100 جيجابت)، مما يجعله مثاليًا لمراكز البيانات الضخمة ذات متطلبات البيانات الكثيفة.

المخطط 2: يستخدم الإرسال لمسافات طويلة مع الكشف المتماسك وحدات متماسكة 100 جيجابت، إلى جانب تقنيات متقدمة لتصحيح الأخطاء الأمامية (FEC) وEDFA لتمديد مسافات الإرسال إلى ما يزيد عن 1500 كيلومتر. يُعد هذا النهج مناسبًا جدًا للشبكات بين المدن، حيث يتم الحفاظ على جودة الإشارة من خلال التعويض القائم على معالج الإشارة الرقمية (DSP)، مما يقلل الحاجة إلى أجهزة تجديد باهظة الثمن.

المخطط 3: تُمكّن ترقيات الشبكات الهجينة 10G/100G المشغلين من دمج وحدات متماسكة بسرعة 100G في أنظمة DWDM الحالية بسرعة 10G، مما يوفر مسارًا فعالًا من حيث التكلفة لزيادة السعة. باستخدام أنظمة ROADM المرنة للشبكة، يمكن للمشغلين تخصيص قنوات بتردد 50 جيجاهرتز لوحدات 100G مع الاحتفاظ بقنوات 10G على نفس الألياف، مما يحقق سعة إجمالية تصل إلى 8 تيرابت في الثانية (80 قناة بتردد 100G). يُعد هذا المخطط فعالًا بشكل خاص للمشغلين الذين يتطلعون إلى توسيع شبكاتهم تدريجيًا دون الحاجة إلى إصلاح البنية التحتية القديمة.

المخطط 4: تحسين شبكة الجيل الخامس (5G Backhaul Optimization) يستفيد من وحدات متماسكة بسعة 100 جيجابت لدعم متطلبات النطاق الترددي العالي وزمن الوصول المنخفض لشبكات الجيل الخامس. بنشر هذه الوحدات في حلقات مركزية ذات أطوال موجية قابلة للضبط، يمكن للمشغلين تعديل السعة ديناميكيًا لتلبية أنماط حركة المرور المتقلبة، مما يضمن اتصالًا موثوقًا به للحوسبة الطرفية المتنقلة وتطبيقات المؤسسات.

إن تعدد استخدامات وحدات 100G المتماسكة يجعلها عنصرًا أساسيًا في بناء شبكات DWDM قابلة للتوسع وجاهزة للمستقبل. ويضمن دمجها لمكونات DSP المتقدمة والموفرة للطاقة، مثل تلك الموجودة في وحدات FiberMall المتماسكة 100G، أداءً عاليًا مع مواءمتها مع أهداف الاستدامة. ومن خلال اعتماد هذه المخططات التنفيذية، يمكن للمشغلين تلبية متطلبات الشبكات المتنوعة، بدءًا من DCI عالي الكثافة ووصولًا إلى الاتصال لمسافات طويلة، مع الاستعداد للترقيات المستقبلية إلى أنظمة 200G أو 400G. ومع استمرار نمو الطلب على النطاق الترددي، توفر وحدات 100G المتماسكة حلاً موثوقًا وفعالًا من حيث التكلفة لتوفير شبكات بصرية عالية السعة.

المبادئ الأساسية لتطبيق 100G

المبدأ الأساسي لجهاز الإرسال 100G على جانب الخط

الهدف من تصميم الوحدة البصرية على جانب الخط بسرعة 100 جيجابت / ثانية هو تطبيق النقل البصري لمسافات طويلة ودعم النقل على جانب الخط لمعدات DWDM الخاصة بـ OTU4. يوضح الشكل التالي مخطط الكتلة لنهاية الإرسال للوحدة الضوئية على جانب الخط بسرعة 100 جيجابت / ثانية.

الشكل 6: رسم تخطيطي لجهاز إرسال الوحدة الضوئية لاختبار خط 100Gb / s

كما هو موضح في الشكل ، يتم إرسال ناتج الضوء المستمر بواسطة الليزر المدمج القابل للضبط (ITLA) إلى مُعدِّل QPSK ، والذي يصبح موجتين ضوئيتين بعد إنشاء PBS بواسطة جهاز فصل الاستقطاب في المغير. يتم تشكيل كل ضوء مستقطب بواسطة مُعدِّل QPSK ، وهناك إشارات I و O يتم إنشاؤها بواسطة MUX عند تعديل الإشارة. يقوم مضخم النطاق العريض والمحرك بتضخيم إشارات I و O وتطبيقها على المغير لتوليد تعديل كهربائي ضوئي.

يتم تصنيع إشارتين QPSK المشكلتين بواسطة PBC وإخراج إشارة مضاعفة الاستقطاب PM-QPSK. بالنسبة لمحول QPSK (المغير) ، من الضروري أيضًا إجراء التحكم في التغذية الراجعة (التحكم في انحياز MZ) لنقاط التحيز المتعددة للمرحلة I و Q و Pi / 2 من خلال التحكم في الحلقة المغلقة ، بحيث يمكن لمعدِّل QPSK العمل بثبات لفترة طويلة في ظل حالة التحيز الطبيعي. بالإضافة إلى ذلك ، تقوم وحدة الإرسال أيضًا بتشفير بيانات الخدمة التي سيتم إرسالها من خلال مشفر SD-FEC وإدخالها في MUX (X) و MUX (Y). يقوم بتوليد بيانات تسلسلية من 4 قنوات باستخدام التحويل المتوازي إلى التسلسلي وإخراجها إلى السائق.

المبدأ الأساسي للجانب المتلقي

كما هو موضح في الشكل أدناه ، يتم استقبال الإشارة الضوئية PM-QPSK بواسطة وحدة الاستقبال المتماسكة للوحدة الضوئية بعد الإرسال لمسافات طويلة. تنقسم الإشارة الضوئية إلى إشارتين بصريتين مستقطبتين متعامدتين بواسطة فاصل حزمة الاستقطاب ، ويُشار إليهما على أنهما اتجاه X واتجاه Y. يتم خلط الإشارات الضوئية في الاتجاهين بشكل متماسك عند 90 درجة (900 هجين) مع ضوء مستقطب مذبذب محلي المقابل. يخضع خرج الإشارة بتردد الخلط للتحويل الكهروضوئي من خلال كاشف كهروضوئي متوازن ثم يتم أخذ عينات منه وتحديد كميته بواسطة ADC لإكمال التحويل التناظري / الرقمي. أخيرًا ، يتم إرسال التسلسل الرقمي المنفصل بعد أخذ العينات والتكمية إلى وحدة DSP للمعالجة.

الشكل 7: رسم تخطيطي لمستقبل الإرسال والاستقبال البصري على جانب الخط بسرعة 100 جيجابت / ثانية

في معالج الإشارة الرقمية (DSP)، تُزامن الإشارة الرقمية من خلال معالجة استعادة الساعة. ويتم تحقيق فك تعدد الإرسال الاستقطابي، وإزالة تشوهات CD وPMD والتأثيرات غير الخطية الجزئية، من خلال معادلة المجال الكهربائي. ويُزال فرق التردد بين مصدر ضوء التذبذب المحلي والناقل البصري المرسل، بالإضافة إلى تأثير ضوضاء الطور، من خلال تقدير إزاحة التردد ومعالجة التقدير المقابلة. ثم تُرسل البيانات المعالجة إلى وحدة فك ترميز SD-FEC لفك التشفير، وأخيرًا، تُستعاد إشارة البيانات.

المبدأ الأساسي لخوارزمية DSP

تكمل وحدة DSP خوارزمية DSP ، والتي تنقسم بشكل أساسي إلى خمس وظائف فرعية: استعادة الساعة ، والتوازن مع الاستقطاب وإزالة تعدد الإرسال ، وتقدير الناقل ، وتقدير المرحلة ، وتقطيع الصور ومفكك التشفير. يظهر مخطط الكتلة الوظيفي في الشكل التالي.

الشكل 8: رسم تخطيطي لوحدة معالجة الإشارات الرقمية

سيقدم ما يلي كل وحدة في مخطط الكتلة:

• استعادة الساعة الرقمية

الغرض من استعادة الساعة الرقمية هو أنه نظرًا لاستقلال ساعة أخذ العينات في المحول التناظري الرقمي عن ساعة رمز الطرف المرسل، يجب استخدام وقت أخذ العينات الرمزي لمستقبلات مرشح الاستيفاء. يتيح هذا مزامنة ساعة أخذ العينات المعدلة في المستقبل مع ساعة رمز الإرسال، أي لضمان تطابق معدل أخذ العينات في المحول التناظري الرقمي تمامًا مع معدل الرمز.

• المعادلة والاستقطاب demultiplexing

يتم إجراء إزالة تعدد الإرسال معادلة واستقطاب على استقطاب واحد. تتمثل وظيفة المعادلة في القضاء على الحديث المتبادل للإشارة الناتج عن العامل الخطي للقناة. يمكن تحقيقه عن طريق FIR مع معاملات نقر ثابتة أو متغيرة ، في حين يجب تحقيق إزالة تعدد إرسال الاستقطاب بواسطة مرشح الفراشة. إزالة تعدد إرسال الاستقطاب هو فصل إشارتين مستقطبتين. وذلك لأنه عندما يتم إرسال الإشارة ، يكون هناك تداخل بين الاستقطابين (بسبب اقتران الاستقطاب). وبسبب دوران الاستقطاب ، فإن استقطاب الإشارة بعد PBS عند الطرف المستقبل لا يتوافق مع الاستقطاب الأولي.

•  تقدير إزاحة تردد الناقل

بسبب الخصائص غير المثالية لليزر، قد يكون لتردد تذبذب ليزر المذبذب المحلي في جهاز الاستقبال المتماسك البصري انحراف عن تردد الموجة الحاملة. ينعكس هذا الإزاحة الترددية في الرمز، وهو إزاحة الطور. بالنسبة لنظام تعديل الطور مثل PM-QPSK، يجب إزالة إزاحة الطور الناتجة عن إزاحة التردد قبل أن يكون من الممكن فك تشفير رمز البيانات النهائي. لذلك، فإن تقدير إزاحة التردد هو وحدة لا غنى عنها لأجهزة الاستقبال. المبدأ هو اكتشاف حجم إزاحة التردد، ثم إجراء تصحيح الطور على الرمز لإزالة تأثير إزاحة التردد، وفقًا لقيمة إزاحة التردد المقدرة.

الشكل 9: تقدير إزاحة تردد الناقل

• تقدير إزاحة طور الناقل

بسبب عرض خط الليزر، يحدث بعض التحول الطوري بالقرب من تردد التذبذب الحقيقي. مع الأخذ في الاعتبار خطأ تقدير إزاحة التردد، فإن إزاحة طور الرمز بعد تقدير إزاحة التردد لا تزال موجودة. يتغير هذا الإزاحة مع الوقت، والذي يمكن أن يغطي جميع النطاقات من 0 إلى 2π. الغرض من استعادة طور الناقل هو إزالة هذا الجزء من إزاحة الطور حتى يمكن استخدام طور الرمز الناتج مباشرة لاتخاذ قرار الرمز. المبدأ الأساسي لتقدير طور الناقل هو الحصول على إزاحة الطور غير المتوقعة لمرحلة المعلومات وإزالتها من كل رمز.

• فك التشفير واستعادة البيانات

بالنسبة إلى QPSK ، بعد استعادة طور الإشارة ، يمكن الحصول على إشارتين مستقطبتين I و Q وفقًا لقاعدة تشكيل الطور. بالنسبة إلى DQPSK ، بعد استعادة طور الإشارة ، يجب طرح أطوار الرمزين للحصول على إشارتين مستقطبتين I و Q.

الميزات والمزايا الفنية لنظام 100G

كما نعلم جميعًا ، فإن كل زيادة في معدل القناة الواحدة ستكون محدودة بسبب ضعف الإرسال بما في ذلك تحمل OSNR والتشتت اللوني و PMD وغير الخطي. لذلك ، هناك حاجة إلى تقنيات أكثر تقدمًا لتقليل تأثير عيوب الإرسال هذه. تدمج 100G تقنيات متعددة مثل الاستقطاب المتعدد ، وتعديل الطور ، و Super FEC ، والكشف المتماسك ، و DSP. خصائص الحلول التقنية الحالية 100G هي كما يلي:

• باستخدام تقنية تعدد إرسال الاستقطاب والتعامد المتبادل بين حالتي الاستقطاب للإشارة الضوئية ، يتم نقل قناتين من المعلومات على نفس الناقل البصري ، وبذلك يتم تقليل معدل رمز الإشارة بمقدار النصف. يعتبر الجمع بين الاكتشاف المترابط مع ADC و DSP أيضًا اختراقًا تقنيًا رئيسيًا في 100G. بالمقارنة مع الاكتشاف المباشر وإزالة التماسك الذاتي ، فإن الجمع بين الاكتشاف المتماسك وتكنولوجيا DSP يمكن أن يحسن بشكل فعال كفاءة إزالة التشكيل وحساسية المستقبِل.
•  يمكن لتقنية QPSK مضاعفة كمية المعلومات التي يحملها الناقل البصري ، كما أن دمجها مع الاستقطاب المتعدد يقلل من معدل البث بالباود لإشارة 100G إلى حوالي 25 جيجابت في الثانية. لذلك ، يمكن تطبيق QPSK في نظام OTN بفاصل زمني 50 جيجاهرتز ويمكن أن يقلل من متطلبات الإشارة لتحمل الألياف غير الخطية.
• يمكن لتقنية 100G تحسين مكاسب الترميز بشكل فعال من خلال حل LDPC (رمز فحص التماثل منخفض الكثافة) وطريقة القرار المرن.
• يعتبر الجمع بين الاكتشاف المترابط مع ADC و DSP أيضًا اختراقًا تقنيًا رئيسيًا في 100G. بالمقارنة مع الاكتشاف المباشر وإزالة التماسك الذاتي ، فإن الجمع بين الاكتشاف المتماسك وتكنولوجيا DSP يمكن أن يحسن بشكل فعال كفاءة إزالة التشكيل وحساسية المستقبِل.

الخاتمة

بالنسبة للربط البيني لمركز البيانات (DCI) ضمن مسافة نقل تبلغ 100 كم ، توفر FiberMall حلولًا من 100G (2X50G PAM4) DWDM QSFP28 و 100 G (1x100G PAM4) DWDM QSFP28. بالنسبة لشبكات المناطق الحضرية ، تبلغ مسافة الإرسال أكثر من 100 كيلومتر ، وتوفر FiberMall حلين للمسافات الطويلة ، 1x 100G QSFP28 إلى 1x 100G CFP-CDO و 2 x 100G QSFP28 إلى 1x 200G CFP2 DP-8QAM أو DP-16QAM. من خلال الجهود المشتركة لجميع موظفي FiberMall ، أصبحت تقنية 100G DWDM ناضجة للغاية وتم نشرها على نطاق واسع في مراكز البيانات وشبكات المناطق الحضرية حول العالم.