Die neueste Forschung zu vier Aspekten von 100G QSFP28 und SFP112

Die Mobilfunktechnologie der fünften Generation (5G) wird seit drei Jahren kommerziell eingesetzt und ist in eine kritische Phase der großflächigen Anwendung eingetreten. Das optische Trägermodul hat einen wichtigen Einfluss auf die Übertragungsleistung von Mobilfunknetzen. Da die 5G-Konstruktion weiter voranschreitet und die Anwendungsszenarien reichhaltiger werden, erforscht die Branche weiterhin neue 5G-Fronthaul-, Middlehaul- und Backhaul-Technologien für optische Module, um der Nachfrage nach größerer Bandbreite, höherer Leistung, niedrigeren Kosten und geringerer Größe gerecht zu werden um sich vollständig auf die Bereitstellung von Beyond 5G und sogar 6G vorzubereiten.

FiberMall hat detaillierte Untersuchungen zu optischen Modultechnologien für 5G-Träger, Rechenzentren und rein optische Zugangsanwendungen durchgeführt, und einige der Lösungen wurden schrittweise ausgereift und maßstabsgetreu angewendet. FiberMall kombiniert die Kernanforderungen von 5G-Trägeroptikmodulen der nächsten Generation, erforscht neue Technologielösungen, bewertet die Produktionsfähigkeit von 5G-Trägeroptikmodulen und optoelektronischen Kernchipgeräten, unterbreitet nachfolgende Entwicklungsvorschläge und fördert die koordinierte und geordnete Entwicklung der nächsten Generation. Industriekette für optische Trägermodule der Generation 5G.

Mit dem rasanten Anstieg des mobilen Internetverkehrs wird der Aufbau und die Optimierung von 5G-Netzen weiter voranschreiten. Es werden auch reichhaltigere Frequenzressourcen freigegeben, um die iterative Weiterentwicklung der Trägertechnologie voranzutreiben, um der immer stärker werdenden Nachfrage nach Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungen gerecht zu werden.

Figure 1. 5G vorneschleppen Entwicklung der Trägernachfrage

Derzeit verwenden die 5G-Middlehaul- und Backhaul-Zugangs- und Konvergenzschichten hauptsächlich optische 25G-, 50G- und 100G-Module. Das 5G-Middlehual- und Backhaul-Netzwerk der nächsten Generation wird sich weiter hin zu höherer Geschwindigkeit, hoher Kapazität, geringem Stromverbrauch, geringer Latenz und niedrigen Kosten wie 200G entwickeln. In Anwendungsszenarien, in denen die Faserressourcen relativ knapp sind, können bidirektionale optische Einzelfasermodule im Vergleich zu bidirektionalen optischen Doppelfasermodulen 50 % der Faserressourcen einsparen. Das optische 100G-BiDi-Modul mit den Vorteilen einer guten Verzögerungssymmetrie hat sich zu einem der Forschungs-Hotspots in der Industrie entwickelt. Darüber hinaus hat FiberMall 100G QSFP28 optische Module mit 80 km Übertragungsdistanz erforscht. Um die Kosten zu senken und den Anwendungsbereich zu erweitern, hat die Industrie mit dem Layout begonnen 100G QSFP28 optische Module mit mehr als 80 km Übertragungsentfernung und O-Band-WDM-Optikmodulen und anderer Technologieforschung.

Optische 100G-QSFP28- und SFP112-Module

FiberMall erwägt 100G und andere Tarife für optische 5G-Weiterleitungsmodule der nächsten Generation, aber der Forschungsfortschritt ist relativ begrenzt. Die frühen intensitätsmodulierten optischen 100G-Module werden hauptsächlich in Rechenzentren und Metrobereichen mit 4x25G-NRZ-Schema in Form eines QSFP28-Pakets verwendet, das eine Reihe von Kanälen und einen relativ komplexen Prozess aufweist. Mit der allmählichen Reife der PAM4-Technologie und optoelektronischen Chips mit 50 GBaud kann die 100G-Rate über einen einzigen Kanal erreicht werden, um den Verpackungsprozess zu vereinfachen und Kosten zu senken. Für eine Übertragungsdistanz von 10 km verfügt die Industrie über ein einkanaliges optisches 100-Gbit-QSFP28-LR1-Modul mit integrierter DSP-Chip-Integration. FiberMall hat optische 100G QSFP28 LR1-Modulprodukte auf den Markt gebracht.

Tabelle 1. Mögliche Technologielösungen für 5G-Fronthaul-100G-Transceiver der nächsten Generation

100G BiDi QSFP28 Optisches Modul

Das optische 50G-SFP56-BiDi-Modul wurde in der 5G-Medium-Backhaul-Zugriffsschicht angewendet. Das optische 100G-QSFP28-BiDi-Modul bietet potenzielle Anwendungsszenarien in 5G-Fronthaul-, Middlehaul- und Backhaul-Zugriffs- und Aggregationsschichten der nächsten Generation, Rechenzentrumsverbindungen usw weniger Geräte und geringerer Stromverbrauch als herkömmliche optische 100-Kanal-28G-QSFP100-Module. Das optische 4G-QSGP4-BiDi-Modul basiert auf einer DSP-Lösung im Vergleich zum optischen 100G-SFP28-BiDi-Modul, aber das erstere hat etwas bessere Kosten und einen besseren Stromverbrauch. Die technischen Lösungen des optischen 100G-QSFP28-BiDi-Moduls sind in Tabelle 50 dargestellt.

Tabelle 2. 100G QSFP28 BiDi optische Modultechnologielösung

Das elektrische PAM4-Signal wird in die BOSA eingegeben und treibt den EML-Laser an, ein einzelnes optisches 100-G-PAM4-Signal zu emittieren. In der Empfangsrichtung wird das einzelne optische Signal nach BOSA in ein elektrisches 100-G-PAM4-Signal und dann von einem DSP in vier elektrische 25-G-NRZ-Signale zur Signalverarbeitung und Eingabe in die Systemausrüstung umgewandelt.

Abbildung 2. Funktionsblockdiagramm eines einzelnen optischen Lambda 100G QSFP28 BiDi-Moduls und BOSA-Technologielösung

Aus Sicht der Übertragungsentfernung sind die technischen Spezifikationen des optischen 100G-QSFP28-BiDi-10-km-Moduls für die optionale Lösung weniger belastend, und das Verbindungsbudget ist einfach zu erreichen. Die Geräteverpackung ist jedoch hauptsächlich BOX, und der TO-Verpackungsprozess ist noch nicht ausgereift und kann nicht in der Massenproduktion realisiert werden. Das 100G QSFP28 BiDi 30km und 40 km optische Module haben hohe Anforderungen an OMA am Sender und Empfindlichkeit am Empfänger, die basierend auf dem aktuellen Geräteniveau schwer zu erreichen sind und weitere Schlüsseltechnologien erfordern, wie z. B. die Optimierung des Prozesses am Sender zur Verbesserung der Leistungskopplungseffizienz und Erhöhen der Empfindlichkeitsmarge am Empfänger, um die Ausbeuterate in der Massenproduktion zu reduzieren. Die Wellenlängenauswahl des 100G-QSFP28-BiDi-Moduls hat in der Branche aufgrund technischer Spezifikationen und Dispersionsbeschränkungen noch keinen Konsens gefunden, und es besteht Unsicherheit bei der Bewertung und Überprüfung von Laserchips, und die Industriekette ist noch nicht ausgereift.

In der internationalen Standardisierung wurden IEEE802.3 und OIF 100G QSFP28 optisches Modul der elektrischen Hochgeschwindigkeitsschnittstelle, um die relevanten Spezifikationen zu erfüllen.

In Bezug auf die optische Schnittstelle haben IEEE802.3 und 100G Lambda MSA nacheinander 100G QSFP28 Single Lambda 10 km, 20 km, 30 km und 40 km Standards für bidirektionale optische Doppelfasermodule veröffentlicht, die Schlüsselindikatoren wie Verbindungsbudget, optische Leistung und Extinktion regulieren Verhältnis, Empfindlichkeit usw. 100G QSFP28 BiDi optisch IPEC hat im April 100 das 28G QSFP30 BiDi 40 km, 2022 km Standardprojekt eingerichtet, und IEEE802.3 hat das Super 50G BiDi-Standardprojekt im Jahr 2022 eingerichtet.

Tabelle 3. Standardisierungsfortschritt von 100G QSFP28 Single Lambda 10 km und mehr Entfernung

Beim Testen und Verifizieren von optischen 100G-QSFP28-BiDi-Modulen bestehen die folgenden Schwierigkeiten: Da die Sendewellenlängen von optischen BiDi-Modulen unterschiedlich sind, muss die Senderseite jeder Wellenlänge separat getestet werden, einschließlich Parameter wie Mittenwellenlänge, durchschnittliche optische Ausgangsleistung, Extinktionsverhältnis, TDECQ, OMAouter, Überschwingen/Unterschwingen und maximale Wandlungszeit. Auch die Empfangseigenschaften wie BER und Empfindlichkeit der bidirektionalen Übertragungsstrecke können unterschiedlich sein und müssen separat getestet werden.

Es gibt verschiedene Testmethoden für die Empfindlichkeit. Es gibt verschiedene Testmethoden für die Empfindlichkeit. Zunächst wird unter Bezugnahme auf die 100G Lambda MSA 100G-LR1/ER1-Spezifikation die optische Empfindlichkeitsleistung der Verbindung mit dem Referenzsender TECQ gemessen und gemäß der TECQ-Wertauswahlformel verglichen. Die zweite besteht darin, einen Empfindlichkeitstest für den Druckempfang durchzuführen, indem das optische Drucksignal nach den SECQ-Parametern kalibriert wird. Ersteres ist relativ einfach, aber die Testergebnisse können durch verschiedene Referenzsender beeinflusst werden und systematische Verzerrungen erzeugen. Der letztere Test ist konsistenter, erfordert jedoch eine höhere Wiederholbarkeit für die Kalibrierung des Druckauges.

In Bezug auf Core-Chip-Geräte können optische 100G-QSFP28-BiDi-Module die Industriekette für optische 100G-QSFP28-Single-Lambda-Module teilen. Mehrere Hersteller haben entsprechende optoelektronische Chips auf den Markt gebracht, aber es gibt noch einige Schlüsseltechnologien, die durchbrochen werden müssen. Insbesondere 53-GBaud-EML-Laser müssen eine hohe Bandbreite, ein hohes Extinktionsverhältnis und große Ausgangsleistungseigenschaften aufweisen. Wenn der 25-GBaud-EML-Laser abgeschirmt wird, ist die Ausbeute gering. Eine neue Optimierung des Chipstrukturdesigns, der Materialdotierung usw. ist erforderlich, um das Problem der Sicherstellung der Zuverlässigkeit bei gleichzeitiger Erhöhung der Bandbreite zu lösen. Chiphersteller haben bereits mit Design und Investitionen begonnen. Die 53 GBaud PIN- und APD-Detektoren wurden in Massenproduktion hergestellt. 50G-Ratenmuster sind für DSP mit guter Testleistung verfügbar, und 100/400G-Raten befinden sich in der Forschungs- und Entwicklungsphase.

Der Hauptengpass der Zukunft ist nicht das Produktdesign, sondern der hochpräzise Fertigungsprozess. Die Einführung von Lösungen, die mehrere diskrete Chips integrieren (z. B. DSP-integrierte Treiber usw.), wird Herstellern helfen, einen schnelleren Austausch zu erreichen, indem sie denselben Herstellungsprozess verwenden und Ressourcen auf Durchbrüche konzentrieren.

Tabelle 4. Die Industriekette von 100G-QSP28-BiDi-Chipgeräten mit optischen Modulen

Gegenwärtig ist FiberMall in der Lage, optische Single-Wave-100G-BiDi-10-km-Module in großen Mengen zu liefern. Mit der zunehmenden Reife der 53-GBaud-Geräteverpackungstechnologie verbessert sich die Produktausbeute optischer Module allmählich. Die Kosten des optischen 100G-QSFP28-BiDi-Moduls werden voraussichtlich besser sein als die der 100G-QSFP28-LR4-Lösung, wenn man die Kosten des kombinierten Splitters und Filters, die Kosten für CDR und DSP, die Anzahl der Laser und die Anforderungen an den Wellenlängenbereich, die Verpackungskosten und die Produktionsausbeute berücksichtigt. 100G QSFP28 BiDi 10 km und 20 km optische Module befinden sich in der kommerziellen Phase. Das optische 100-G-QSFP28-BiDi-30-km-Modul von FiberMall wurde als Muster eingeführt, und das optische 100-G-QSFP28-BiDi-40-km-Modul befindet sich in der Entwicklung und wurde in einer Laborumgebung für eine 40-km-Übertragung verifiziert.

In den kommenden Jahren wird die Nachfrage nach optischen 100G-QSFP28-BiDi-Modulen immer größer, da die Anforderungen an hochpräzise Synchronisation, Einsparung von Glasfaserressourcen und Betriebskostenreduzierung weiter steigen. Das optische 100G-QSFP28-LWMD4-BiDi-20-km-Modul von FiberMall ist in kleinen Mengen im Handel erhältlich, aber die Kosten sind sehr hoch, da es 4 Paare optischer Geräte verwendet; die Anwendung von 100G Single Lambda BiDi QSFP28 optisches Modul beginnt auch, eine wichtige Position im Entwurf für die Bereitstellung von Netzbetreibern und die Integration von Geräteanbietern einzunehmen, und wird voraussichtlich in der ersten Hälfte des Jahres 2023 kommerzialisiert. Das optische 100G-Single-Lambda-BiDi-QSFP28-Modul wird möglicherweise mehr Anwendungsbereich haben, wenn es beides unterstützen kann Ethernet- und OTN-Signale, aber es gibt keinen Single-Wave-100G-DSP-Chip, der OTN-Dienste in der Industrie unterstützt, und die damit verbundenen Anwendungen und Indikatoren müssen weiter untersucht werden.

100G QSFP28 Optisches Modul für Entfernungen über 80 km

Anwendungsszenarien des optischen 100G-Moduls mit einer Übertragungsentfernung von über 80 km

Punkt-zu-Punkt-Anwendungsszenario:

Punkt-zu-Punkt-Anwendungsszenarien gelten hauptsächlich für den Zugang zu Rechenzentren, und Trägerdienste werden über Glasfasern in die Aggregationsschicht hochgezogen. Beispielsweise sind IP RAN-, PTN- und OLT-Schnittstellen mit Trägernetzen verbunden. Wie in Abbildung 3 (a) gezeigt, beträgt die Übertragungsdistanz von Punkt-zu-Punkt-Graulicht-Anwendungsszenarien normalerweise 40 km, 80 km oder 120 km, von denen 40 km den höchsten Anteil und 80 km den zweiten einnehmen. Obwohl die Nachfrage nach 120 km derzeit nicht offensichtlich ist, hat sie potenzielle Möglichkeiten in der Zukunft. Das herkömmliche optische 4x25G-100G-Modul bewegt sich von 10 km/40 km auf 80 km/120 km. Wie in Abbildung 3 (b) gezeigt, ist das Anwendungsszenario von Punkt-zu-Punkt-Farblicht auf die Situation der Glasfaserressourcenknappheit anwendbar, und die Wellenlängenmultiplextechnologie wird verwendet, um die Glasfaserauslastung zu verbessern.

Abbildung 3. Punkt-zu-Punkt-Anwendungsszenario

Anwendungsszenarien für integrierte Zugangsschicht-Trägerringe

Der umfassende Zugangsträgerring hat hauptsächlich zwei Anwendungserfordernisse. Erstens die Entwicklung umfassender Zugangsdienste und die neuen Trägeranforderungen. Die Übertragungsträgerdienste umfassen 10G-, 25G- bis 100G-Dienstzugriff, d. h. die Trägerrate wird auf 100G erhöht. Zweitens, die Online-Umwandlung des bestehenden Geschäfts und die Glasfaserbeschränkung der Urbanisierungspipeline, um den Wiederaufbau des alten Fundaments und die Modernisierung der Docking-Anforderungen zu erleichtern, die WDM-Technologie wird sofort eingeführt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Übertragungsreichweite des optischen 100G-QSFP28-Moduls durch den kostengünstigen integrierten Zugangslagerring auf 100 km bis 150 km verlängert wird, was bedeutet, dass der traditionelle Großstadtlagerring mit einer Übertragungsreichweite von 320 km auf den Zugangslagerring mit angewendet wird eine Übertragungsentfernung von weniger als 200 km.

Abbildung 4. Anwendungsszenario des integrierten Access-Layer-Trägerrings

Zwei Arten von 100G QSFP28 optischen Modultechnologielösungen für Übertragungsentfernungen über 80 km

100G LWDM4-Lösung

Die Graulichtlösung für Übertragungsentfernungen über 80 km kann mit dem 100G-QSFP28-ZR4-Schema erweitert werden, das den 4x25G-NRZ-Modulationscodetyp basierend auf der LWDM-Wellenlänge verwendet. Die elektrische Schnittstelle folgt dem CAUI-4-Standard, und die optische Schnittstelle verwendet einen EML-Laser auf der Senderseite und einen optischen Halbleiterverstärker (SOA) + PIN-Detektor auf der Empfängerseite. Die Transceiver-Geräte sind alle hermetisch mit BOX versiegelt, um die Zuverlässigkeit des optischen Moduls effektiv zu gewährleisten. Um das Link-Budget von mehr als 80 km Übertragungsdistanz zu erfüllen, sind die technischen Spezifikationen von Sender und Empfänger strenger. Unter diesen muss die Senderseite die optische Ausgangsleistung signifikant erhöhen. Aufgrund der Verwendung von EML-Lasern und der Notwendigkeit, dass alle 4 Kanäle die Anforderungen erfüllen, wird die Ausbeute in gewissem Maße beeinträchtigt. Um die Lichtleistung zu verbessern, muss der Laserstrom erhöht werden, was dazu führen kann, dass der Arbeitsstrom in die Sättigungszone, die Lichtausbeute des Laserchips, den Gerätekopplungsprozess und das Debugging von Modul-Hair-End-Parametern und andere neue Herausforderungen gelangt. Gleichzeitig werden die Anforderungen an die Empfängerempfindlichkeit verschärft und der Prozess muss weiter optimiert werden. Außerdem führt der erhöhte Strom zu einer erhöhten Wärmeerzeugung. Der TEC-Energieverbrauch steigt bei hohen Temperaturen, und die TEC-Kühleffizienz muss optimiert werden, um die Energieverbrauchsanforderungen des optischen Moduls zu berücksichtigen.

Tabelle 5. LBewertung des Tintenbudgets

100G DWDM-Lösung

Das DWDM-Schema kann in zwei Arten von 2x50G-Dual-Carrier-DWDM-PAM4-Technologieschemata unterteilt werden, Farbe A und Farbe Z. Schema Farbe A: Das optische Modul verwendet ein optisches Siliziumgerät und einen PAM4-Codetyp mit externem EDFA. Es kann eine Übertragungsentfernung von mehr als 80 km für ein einzelnes Modul mit einer Dual-Carrier-100G-Rate realisieren, und die Übertragungsentfernung kann mit zweistufigem EDFA etwa 150 km erreichen. Das optische Modul verwendet ein QSFP28-Gehäuse und eine Duplex-CS-Schnittstelle mit integriertem High Coding Gain SFEC (4E-3 Pre-BER), TOSA mit gekühltem EML bei 2 × 27.5 GBaud und ROSA mit 2 × 27.5 GBaud PIN.

Der Unterschied zwischen Farbe Z und Farbe A besteht darin, dass der Laser DFB und die optische Schnittstelle WDM und Demultiplex ist. Die Filterbandbreite und die Dispersionskompensation müssen optimiert werden, und die Ausgangsleistung, Empfindlichkeit und das Signal-Rausch-Verhältnis werden im Vergleich zu Farbe A deutlich reduziert. Die Übertragungsentfernung kann mit zwei EDFA-Stufen bis zu 120 km betragen.

(a) Färben Sie eine Lösung

(b) Lösung der Farbe Z

Abbildung 5. Funktionsblockdiagramm des optischen 100G-DWDM-QSFP28-Moduls

In Bezug auf die Standardisierung hat IEEE802.3ct 100GBASE-ZR basierend auf dem DP-DQPSK-Codetyp und der kohärenten Erkennung spezifiziert. CCSA hat den Industriestandard-Projektplan „100G QSFP28 Optical Transceiver Module Part 6: 4×25G ZR4“ diskutiert, bei Verwendung von 100G QSFP28 ZR4 zur Unterstützung der OTN-Signalübertragung kann der technische ITU-T-Standard für OTU4 als Referenz verwendet werden. Derzeit gibt es keinen Industriestandard für intensitätsmodulierte optische 100G-Module mit einer Entfernung von 80 km oder mehr.

Die SOA+PIN-basierten optischen LWDM4-Wellenlängenmodule von FiberMall für Entfernungen über 80 km sind seit dem 4. Quartal 2022 in Massenproduktion 100G DWDM QSFP28 Optisches Modul mit einer Entfernung von mehr als 80 km basierend auf der Dual-Carrier-50G-Lösung wurde in kleinen Mengen ausgeliefert. Der Kern des optoelektronischen Chips, SOA + PIN-Programm kann die 100G ZR4-Industriekette teilen, optionale Ressourcen für optoelektronische Chips sind reichhaltige, flexible und vielfältige Kombinationen von Programmen mit Skaleneffekt und Kostenvorteilen.

Optisches 100G-O-Band-WDM-QSFP28-Modul

100G-O-Band-WDM-System mit farbigem optischem O-Band-IM/DD-Modul als Kern, mit externem WDM/Demultiplexer und optischem Verstärker. Mit den Vorteilen geringer Dispersion, geringem Stromverbrauch und niedrigen Kosten unterstützt es G.652D- und G.652B-Glasfaser und kann die Nachfrage nach Übertragung mit großer Bandbreite für Backhaul-Zugriff und Konvergenz in 5G-Anwendungen erfüllen. Es fördert das weitere Sinken des WDM-Systems, reduziert Geräteinvestitionen und Stromverbrauch und spart Glasfaserkabel-Ressourcen.

Um mit vorhandener Netzwerkausrüstung kompatibel zu sein, kann das optische Modul mit QSFP28 verpackt werden, die elektrische Schnittstelle ist 4x25G NRZ und die optische Schnittstelle hat vier Träger

(4x25G), Dual Carrier (2x50G) und Single Carrier (1x100G) drei Lösungen:

• Vier-Träger-Lösung (4x25G): Verbunden mit externem WDM/Demultiplexer und optischem Verstärker über MPO-Schnittstelle unter Verwendung des NRZ-Codetyps, der mit einer optischen 25G-Modulkette gemultiplext werden kann, und die Lokalisierungsrate des gesamten Systems ist hoch. Experimentelle Ergebnisse von äquivalenten 4-Kanal x100G Wie in Abbildung 6 und Abbildung 7 gezeigt, wird erwartet, dass die Optimierung eine äquivalente 30-Kanal-x100G-Übertragungsbandbreite und 80 km Übertragungsentfernung erreicht.

Abbildung 6. Spektrumdiagramm der Empfängerseite des 4-Kanal-Verstärkers

Abbildung 7. OSNR am Empfängerende des 4-Kanal-Wellenzerlegungs-Multiplexers

Dual-Carrier-Lösung (2x50G): Die Dual-Channel-CS-Schnittstelle ist mit einem externen WDM/Demultiplexer und optischen Verstärker verbunden, wodurch eine größere Übertragungsbandbreite im Vergleich zur Vier-Carrier-Lösung erreicht werden kann. Der Modulationscodetyp hat zwei Optionen, PAM4 und NRZ, und die PAM4-Lösung kann mit der optischen 50G-Modulkette gemultiplext werden. Aufgrund der Begrenzung des Signal-Rausch-Verhältnisses kann es derzeit nur den 40-km-Übertragungsbedarf decken, und die 80-km-Übertragungstechnologielösung muss weiter verifiziert werden. Die NRZ-Lösung hat den Vorteil des Signal-Rausch-Verhältnisses und kann den Übertragungsbedarf von 80 km leichter decken, aber wie der vorhandene elektrische 56-GBaud-Chip eine 2x25G-NRZ-zu-1x50G-NRZ-Codec-Verarbeitung realisieren kann, muss erforscht und weiter durch Elektro gefördert werden Chiphersteller in Zusammenarbeit. Einige der experimentellen Daten sind in Abbildung 8 dargestellt.

Abbildung 8. Experimentelle Daten der 50G-NRZ-Lösung

(3) Einzelträgerlösung (1x100G): Es kann eine höhere Übertragungsbandbreite erreicht werden, der Modulationscodetyp hat auch PAM4 und NRZ zwei Optionen. Das pam4-Programm kann nur die 40-km-Übertragungsanforderungen erfüllen und kann eine 56-GBaud-Elektrochip-Industriekette sein. Das 80-km-Technologieprogramm erfordert weitere Forschung. Es wird eher erwartet, dass die NRZ-Lösung die 80-km-Übertragungsnachfrage erfüllt, aber ein elektrischer Chip mit 112 GBaud, um eine Codec-Verarbeitungslösung von 4 x 25 G NRZ bis 1 x 100 G NRZ zu erreichen, muss in Zusammenarbeit mit der Industriekette gefördert werden.

Bei optischen Chips ist die Vier-Träger-Lösung die ausgereifteste Technologie. Dual-Carrier- und Single-Carrier-Lösungen erfordern die Verwendung einer auf Indiumphosphid-Material basierenden Wellenlängenmultiplex-Hochleistungs-DC-Lichtquelle und eines Lithiumniobat-Filmmodulators. Die dichte WDM-DC-Hochleistungslichtquelle hat sowohl eine hohe Stabilität, eine hohe Ausgangsleistung als auch eine hohe Wellenlängengenauigkeit. Der Dünnfilm-Lithiumniobat-Modulator hat eine hohe Bandbreite, geringe Verluste, ein hohes Extinktionsverhältnis und niedrige Chirp-Eigenschaften. Daher kombiniert das Schema InP WDM CW LD + TFLN MZ hohe Eingangsleistung, hohe Bandbreite, niedrige Dispersionskosten und gleichzeitig ein hohes Extinktionsverhältnis. Die TOSA-Struktur mit TFLN MZ und das Prinzip des Dual-Carrier-Schemas ist in Abbildung 9 und Abbildung 10 dargestellt.

Abbildung 9. Schematische Darstellung der TOSA-Struktur unter Verwendung von TFLN MZ

Abbildung 10. Schematische Darstellung der Dual-Carrier-Lösung

Alle oben genannten drei Lösungen können wellenlängenabstimmbar sein, wodurch die Vielfalt optischer Module reduziert wird, was der Vereinfachung technischer Anwendungen zuträglich ist.

In Bezug auf die Produktentwicklung hat FiberMall im 4. Quartal 2022 Muster der Quad-Carrier-Lösung auf den Markt gebracht. Die Dual-Carrier-Lösung befindet sich in der Entwicklung und Muster werden voraussichtlich im 3. Quartal 2023 verfügbar sein. Die Single-Carrier-Lösung befindet sich in der Vorforschung Bühne. In Bezug auf die Standardisierung gibt es keine internationalen oder Industriestandards. In den zugehörigen Arbeitsgruppen der China Communications Standards Association (CCSA TC6WG4) und NGOF (CCSA TC618) sind jedoch Forschungsprojekte im Zusammenhang mit optischen O-Band-Modulen im Gange, und der Fortschritt der Standardisierung und Reife der Industriekette muss von allen Parteien vorangetrieben werden in der Industrie.

100G QSFP28 PAM4 Antireflexionstechnologieforschung

Die Antireflexionstechnologie ist einer der wichtigen Faktoren, die für leistungsstarke und hochzuverlässige Verbindungen berücksichtigt werden müssen. Der PAM4-modulierte Code hat 4 Pegel und sein minimaler Signalpegel 1 beträgt etwa 1/3 des Pegels des NRZ-Codes 1, wenn seine optische Modulationsamplitude mit der des NRZ-Codes übereinstimmt. Wenn das Rauschen von PAM4 dasselbe wie das von NRZ ist, ist das Signal-Rausch-Verhältnis von PAM4 etwa 5 dB schlechter als das von NRZ. Daher hat PAM4 eine geringere MPI-Toleranz als NRZ, und die Reduzierung von MPI ist wesentlich, um die Übertragungsleistung von PAM4-Signalen sicherzustellen.

Das Testblockdiagramm von MPI ist in Abbildung 11 dargestellt. Das übertragene optische Signal wird in zwei Wege unterteilt, ein Weg enthält das optische Dämpfungsglied zum Einstellen der optischen Leistung auf eine geeignete Stärke für den Empfang, und der andere Weg verwendet einen Polarisator und ein optisches Dämpfungsglied (oder Langstreckenfaser), um die Erzeugung von Rayleigh-Rückwärtsstreuung zu simulieren, und die übertragene optische Leistung muss hoch genug sein, um die Einfügungsdämpfung des Geräts zu kompensieren. Die optische Leistung beider Signale ist einstellbar und kann mit einem optischen Leistungsmesser gemessen werden. Die Empfindlichkeitskurven der beiden Signale können separat abgetastet werden, um die entsprechenden Empfindlichkeitskurven zu erhalten (die horizontale Achse ist die Eingangsleistung, die vertikale Achse ist die BER), und der Empfindlichkeitsunterschied unter den gleichen Eingangsleistungsbedingungen ist der Einfluss von MPI-Kosten.

Abbildung 11. Blockdiagramm des MPI-Tests

Die folgenden MPI-Optimierungslösungen werden derzeit in der Industrie untersucht.

(1) Optimierung der Laserlinienbreite

Die Auswirkung der Laserlinienbreite auf den MPI des optischen PAM8-Signals wurde früher in IEEE 802.3 simuliert. Wie in Abbildung 12 gezeigt, werden die Verbindungskosten für unterschiedliche Laserlinienbreiten und Steckerreflexionen für eine Übertragungsentfernung von 500 m mit sechs Steckern mit jeweils demselben Reflexionskoeffizienten verifiziert. Die Daten zeigen, dass je schmaler die Laserlinienbreite ist, desto geringer sind die Anforderungen an den Reflexionskoeffizienten des Steckers bei gleichen Linkkosten. Daher können die MPI-Kosten reduziert werden, indem die Laserlinienbreite optimiert wird.

Abbildung 12. Analyse der Auswirkung der Laserlinienbreite auf die MPI-Kosten

(2) Kompensation durch DSP

MPI gehört zum linearen Schaden, und die Phase des reflektierten Signals ändert sich im Vergleich zum ursprünglichen Signal. Die gesamte empfangene Signalamplitude hängt von der Phasendifferenz zwischen dem ursprünglichen Signal und dem reflektierten Signal ab. Je kleiner die Phasendifferenz, desto größer die Amplitude des empfangenen Gesamtsignals, wie in Abbildung 18 dargestellt. Basierend auf diesem Prinzip kann der MPI durch DSP-Algorithmen kompensiert werden. Derzeit hat der führende DSP-Anbieter Marvell DSP mit MPI-Kompensationsfunktion auf den Markt gebracht, und einige optische Modulanbieter haben optische Module mit MPI-Kompensationsfunktion entwickelt. Die gesamte Forschung befindet sich jedoch noch in einem frühen Stadium, und die tatsächliche Anwendung des technischen Effekts muss weiter verifiziert werden. Die Reife der Industriekette muss von relevanten Parteien in der Branche weiter gefördert werden.

Abbildung 13. MPI-Prinzipdiagramm

(3) Optimierung von Glasfaserverbindungen

Darüber hinaus kann MPI auch reduziert werden, indem man eine Faser von besserer Qualität auswählt, die Endfläche des Steckers effektiv reinigt, die durch einen Luftspalt oder kleine Partikel im Stecker verursachte Reflexion reduziert und auf Ausrichtungsfehler im Stecker achtet. Beispielsweise kann die Verwendung eines um 8 ° abgeschrägten APC-Steckers an der Faserendfläche, sodass das reflektierte Licht in einem Winkel in die Ummantelung reflektiert wird, anstatt direkt in die Lichtquelle reflektiert zu werden, um die Rückflussdämpfung zu erhöhen, die Auswirkungen von MPI verringern.

Produktionsniveau des optischen FiberMall-Moduls

FiberMall entwickelt aktiv optische Module, um die Anforderungen von 5G-Trägeranwendungen zu erfüllen. Basierend auf der vorherigen Whitepaper-Forschung fasst Tabelle 6 die Produktionskapazität von optischen 5G-Trägermodulen von FiberMall derzeit zusammen.

Tisch 6. Produktionskapazität für optische 5G-Trägermodule von FiberMall

Produktionsniveau von FiberMall of Optoelektronische Chips

Die Gesamtproduktionsfähigkeit von FiberMall für die in optischen Modulen verwendeten optoelektronischen Kernchips ist in Tabelle 7 dargestellt.

Tabelle 7. Produktionsfähigkeit des optoelektronischen Kernchips

Optische Module spielen eine wichtige Rolle bei der Sicherstellung der Übertragungsleistung von Mobilfunknetzen. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der 5G-Konstruktion und der kontinuierlichen Bereicherung von Anwendungsszenarien erforscht FiberMall ständig die Forschung zu neuen optischen 5G-Vorwärts- und Mittelrücksignalen, um die Übertragungsanforderungen nach größerer Bandbreite, höherer Leistung, geringeren Kosten und geringerer Größe zu erfüllen Modultechnologie, um sich vollständig auf den Einsatz von 5G der nächsten Generation vorzubereiten. Um die aktuellen Probleme und Herausforderungen der neuen Technologielösungen effektiv zu lösen, muss FiberMall die vor- und nachgelagerten Kräfte der Industriekette zusammenbringen, Diskussionen eröffnen und an Schlüsselthemen zusammenarbeiten, um die technologische Innovation zu stärken, die Markterfassung zu lenken und zu stärken die industrielle Basis.

In Bezug auf technologische Innovation erfüllt FiberMall die neue Nachfrage nach optischen Modulen in verschiedenen Anwendungsszenarien durch technische Forschung und Entwicklung und Innovation neuer Materialien, neuer Designs, neuer Prozesse, neuer Schnittstellen usw. FiberMall fördert die Erforschung von optischen 5G-Trägermodulen der nächsten Generation Technologie aus verschiedenen Aspekten wie Bereitstellungsbedarf, Übertragungsleistung, kostengünstige Konstruktion und bequemes Betriebs- und Wartungsmanagement, gutartige Entwicklung der Industriekette, geordnete Zuweisung von Ressourcen und Erzielung von Kostensenkungen durch Skaleneffekte.

FiberMall muss die unterstützenden Fähigkeiten industrieller Basen wie hochpräzise Fertigungsprozessplattformen, Prozessmaterialien, Ausrüstung und Messgeräte weiter stärken, um die F&E-Kosten zu senken und den F&E-Zyklus zu verkürzen, um den Kern und Schlüssel zu durchbrechen Technologien. FiberMall muss seinen Bewertungsmechanismus weiter verbessern und die Machbarkeit, Zuverlässigkeit, Interoperabilität und Kompatibilität verschiedener optischer Module und optoelektronischer Chipgeräte durch eine offene Test- und Verifizierungsplattform effektiv bewerten, um die Industrie bei der Entwicklung von Schlüsseltechnologien und der Verbesserung der Produktleistung anzuleiten .

FiberMall ist bereit, die Zusammenarbeit zu stärken und einen Konsens mit der Industrie zu erzielen, um die Erforschung, Erprobung und Bewertung von Schlüsseltechnologien für optische 5G-Trägermodule der nächsten Generation sowie die Formulierung von Standards und Spezifikationen zu fördern, um das Gesunde und Gute zu fördern geordnete Entwicklung der Branche der optischen 5G-Trägermodultechnologie.