Umfassender Leitfaden zu 100G BIDI QSFP28 Simplex LC SMF-Transceivern

Die Nachfrage nach schnellen, kostengünstigen und fasereffizienten optischen Transceivern ist mit dem Wachstum von Rechenzentren, Telekommunikation und 5G-Netzen stark gestiegen. Der 100G BIDI QSFP28 (Bidirectional Quad Small Form-Factor Pluggable 28) Transceiver ist eine herausragende Lösung und ermöglicht 100 Gigabit Ethernet (100GbE) über eine Singlemode-Glasfaser (SMF) mit Simplex-LC-Anschluss. Durch die bidirektionale Übertragung reduziert er den Glasfaserverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Duplex-Systemen um 50 %.

Was ist ein 100G BIDI QSFP28-Transceiver?

Der 100G BIDI QSFP28 ist ein leistungsstarker optischer Transceiver für 100-Gigabit-Ethernet-Anwendungen (100 GbE). Im Gegensatz zu herkömmlichen Transceivern, die zwei Fasern benötigen (eine zum Senden und eine zum Empfangen), nutzt der 100G BIDI QSFP28 bidirektionale Technologie, um Daten über einen einzigen SMF-Strang mit unterschiedlichen Wellenlängen zu senden und zu empfangen. Dies wird durch Wellenlängenmultiplex (WDM) erreicht, das typischerweise bei Wellenlängen wie 1271 nm/1331 nm, 1291 nm/1311 nm oder 1304 nm/1309 nm arbeitet, je nach Modul und Entfernungsanforderungen. Die Verwendung eines Simplex-LC-Steckers macht den 100G BIDI QSFP28 hocheffizient, da er die Kosten für die Glasfaserinfrastruktur im Vergleich zu Duplex-LC-Systemen um bis zu 50 % reduziert. Dies ist besonders wertvoll in Umgebungen mit begrenzten Glasfaserressourcen, wie Rechenzentren, Metronetzen und 5G-Fronthaul-Anwendungen. Der Transceiver entspricht den Standards QSFP28 Multi-Source Agreement (MSA), IEEE 802.3bm und ITU-T und ist somit mit führenden Anbietern wie Cisco, Juniper und Arista kompatibel. Er unterstützt außerdem Digital Diagnostic Monitoring (DDM) zur Echtzeit-Leistungsüberwachung und integriert Forward Error Correction (FEC) für eine zuverlässige Datenübertragung, insbesondere über größere Entfernungen.

Hauptmerkmale von 100G BIDI QSFP28-Transceivern

Der 100G BIDI QSFP28 bietet eine Reihe von Funktionen, die ihn ideal für Hochgeschwindigkeitsanwendungen über große Entfernungen machen:

Bidirektionale Übertragung: Verwendet einen einzelnen SMF-Strang für Upstream- und Downstream-Daten und verdoppelt so die Glasfaserkapazität.

Simplex-LC-Anschluss: Vereinfacht die Verkabelung und reduziert die Infrastrukturkosten.

Hohe Datenrate: Unterstützt 100 Gbit/s Ethernet mit Leitungsraten von 103.125 Gbit/s (oder 111.81 Gbit/s für OTU4 in einigen Modulen).

Mehrere Reichweitenoptionen: Verfügbar für Entfernungen von 10 km, 20 km, 30 km, 40 km, 70 km und 80 km, um verschiedenen Netzwerkanforderungen gerecht zu werden.

Niedriger Stromverbrauch: Verbraucht normalerweise weniger als 4.5 W–6.5 W, je nach Modell und Entfernung.

Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC): Viele Module, insbesondere für größere Reichweiten, erfordern FEC (z. B. KR4 oder RS (544,514)), um die Signalintegrität sicherzustellen.

Wellenlängenflexibilität: Arbeitet mit bestimmten Wellenlängenpaaren (z. B. 1271 nm/1331 nm für 10 km, 1304 nm/1309 nm für 40 km), um bidirektionale Kommunikation zu unterstützen.

Breite Kompatibilität: Entspricht den Standards IEEE 802.3bm, ITU-T G.959.1 und QSFP28 MSA und gewährleistet so die Interoperabilität mit großen Anbietern wie Cisco, Juniper und Arista.

Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) in 100G BIDI QSFP28

Die Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) ist ein wichtiges Merkmal optischer Hochgeschwindigkeits-Transceiver wie dem 100G BIDI QSFP28, da sie Bitfehler korrigiert, die durch Signalverschlechterung über große Entfernungen oder in lauten Umgebungen entstehen. FEC fügt dem übertragenen Signal redundante Daten hinzu, sodass der Empfänger Fehler ohne erneute Übertragung erkennen und korrigieren kann. Bei 100G BIDI QSFP28-Modulen variieren die FEC-Anforderungen je nach Übertragungsdistanz aufgrund von Unterschieden im optischen Budget, Signal-Rausch-Verhältnis und den Modulationsformaten (z. B. NRZ für kürzere Reichweiten, PAM4 für größere Reichweiten). Im Folgenden finden Sie detaillierte FEC-Anforderungen für jede Distanz.

Die folgende Tabelle fasst die FEC-Anforderungen und -Empfehlungen für 100G BIDI QSFP28-Transceiver über verschiedene Entfernungen zusammen:

Entfernung	Modultyp	FEC-Anforderung	Software Empfehlungen
10 km	PAM4	Nicht zwingend erforderlich, empfohlen	Aktivieren Sie RS-FEC für verbesserte Stabilität, insbesondere in komplexen Glasfaserumgebungen.
20 km	PAM4	Empfohlen, obligatorisch für PAM4	Aktivieren Sie RS-FEC, um die Leistung sicherzustellen, insbesondere bei der PAM4-Modulation.
30 km	PAM4	Normalerweise erforderlich, obligatorisch für PAM4	Aktivieren Sie RS-FEC, um die Signalintegrität aufrechtzuerhalten.
40 km	PAM4	Verpflichtend	Aktivieren Sie RS-FEC für eine zuverlässige 40-km-Übertragung.
70 km	LWDM4	Verpflichtend	Aktivieren Sie RS-FEC, um Ultralangstreckenverbindungen zu unterstützen.
80 km	LWDM4	Verpflichtend	Aktivieren Sie RS-FEC, um eine fehlerfreie Übertragung sicherzustellen.

Empfehlungen und Best Practices der FEC

Kurze Distanzen (10 km, 20 km): Priorisieren Sie die Aktivierung von FEC, um die Stabilität zu gewährleisten, insbesondere bei PAM4-Modulen oder in Umgebungen mit hoher Dispersion oder Rauschen. RS-FEC verbessert die Verbindungszuverlässigkeit ohne nennenswerten Mehraufwand.

Mittlere bis große Entfernungen (30 km und mehr): FEC ist aufgrund der zunehmenden Signalverschlechterung obligatorisch. Switches müssen RS-FEC unterstützen, um die angegebene Reichweite zu erreichen.

Kompatibilitätsüberprüfung: Überprüfen Sie das Datenblatt des Moduls (FiberMall) und die Firmware des Switches, um die Unterstützung für die erforderlichen FEC- und Modulationsformate (NRZ oder PAM4) zu bestätigen.

Einsatztests: Verwenden Sie optische Leistungsmesser und DDM-Daten, um die Verbindungsleistung zu überprüfen und die FEC-Effektivität unter realen Bedingungen zu bewerten.

Übertragungsdistanzen und Anwendungen

Der 100G BIDI QSFP28 ist in verschiedenen Varianten erhältlich, die unterschiedliche Übertragungsdistanzen unterstützen und jeweils auf spezifische Anwendungsfälle zugeschnitten sind. Im Folgenden erläutern wir die Spezifikationen und Anwendungen für jede Distanz:

1. 10 km: 100G BIDI-QSFP28 10 km

Wellenlängen: Typischerweise 1271 nm/1331 nm.

Optisches Budget: Ungefähr 6–8 dB.

FEC-Anforderung: Optional, abhängig von der Hostplattform.

Anwendungen: Ideal für Rechenzentrumsverbindungen mit kurzer Reichweite, Unternehmensnetzwerke und Campus-Backbones. Der 10 km lange 100G BIDI QSFP28 eignet sich perfekt für Umgebungen, in denen Glasfaserressourcen begrenzt sind, aber Hochgeschwindigkeitsverbindungen unerlässlich sind.

• 20 km: 100G BIDI QSFP28

Wellenlängen: Üblicherweise 1291 nm/1311 nm oder 1280 nm/1310 nm.

Optisches Budget: Etwa 10–12 dB.

FEC-Anforderung: Erfordert normalerweise RS FEC für stabile Leistung.

Anwendungen: Geeignet für Metronetze, 5G-Fronthaul und regionale Rechenzentrumsverbindungen. Der 20 km lange 100G BIDI QSFP28 ermöglicht längere innerstädtische Verbindungen bei gleichzeitiger Kosteneffizienz.

• 30 km: 100G BIDI QSFP28

Wellenlängen: Oft 1304 nm/1309 nm.

Optisches Budget: Ungefähr 13–14.7 dB (OMA).

FEC-Anforderung: Erfordert RS (544,514) FEC für volle Reichweite; ohne FEC kann die Entfernung begrenzt sein.

Anwendungen: Wird in Langstrecken-Rechenzentrumsverbindungen, Unternehmensnetzwerken und Telekommunikationsanwendungen eingesetzt. Der 30 km lange 100G BIDI QSFP28 ist für Szenarien konzipiert, die eine robuste Leistung über große Entfernungen erfordern.

• 40 km: 100G BIDI QSFP28 40 km

Wellenlängen: Typischerweise 1304.58 nm/1309.14 nm.

Optisches Budget: Etwa 17.6–18.5 dB.

FEC-Anforderung: Erfordert KR4- oder RS-FEC für die volle Reichweite von 40 km; ohne FEC beträgt die Reichweite etwa 30 km.

Anwendungen: Ideal für Metronetze mit großer Reichweite, regionale Rechenzentren und leistungsstarke Unternehmens-Backbones. Der 40 km lange 100G BIDI QSFP28 ist eine kostengünstige Lösung für erweiterte Einzelfaserkonnektivität.

• 70 km: 100G BIDI QSFP28 70 km

Wellenlängen: Typischerweise 1295.56 nm/1300.05 nm oder 1304.58 nm/1309.14 nm.

Optisches Budget: Ungefähr 20–24 dB.

FEC-Anforderung: Erfordert KR4 FEC für stabile Leistung.

Anwendungen: Entwickelt für Anwendungen mit extrem langen Strecken, wie z. B. regionale Telekommunikationsnetze und die Konnektivität zwischen Rechenzentren. Der 70 km lange 100G BIDI QSFP28 unterstützt Verbindungen mit hoher Kapazität in Umgebungen mit Glasfasermangel.

• 80 km: 100G BIDI QSFP28 80 km

Wellenlängen: Oft 1273 nm/1310 nm oder 1295.56 nm/1309.14 nm.

Optisches Budget: Bis zu 24 dB.

FEC-Anforderung: Erfordert KR4 FEC für volle Reichweite; einige Module verwenden SOA+PIN-Empfänger für verbesserte Empfindlichkeit.

Anwendungen: Geeignet für Telekommunikationsnetze mit großer Reichweite, Hyperscale-Rechenzentren und Service-Provider-Backbones. Der 80 km lange 100G BIDI QSFP28 ist die ultimative Lösung für maximale Glasfasereffizienz über große Entfernungen.

Technische Einblicke: So funktioniert 100G BIDI QSFP28

Der 100G BIDI QSFP28 nutzt fortschrittliche optische Technologien für bidirektionale Übertragung. Hier ist eine Übersicht über seine Funktionsweise:

WDM-Technologie: Der Transceiver nutzt WDM, um Signale auf verschiedenen Wellenlängen über eine einzige Glasfaser zu senden und zu empfangen. Beispielsweise kann ein 10-km-Modul bei 1271 nm senden und bei 1331 nm empfangen, während ein 40-km-Modul 1304.58 nm/1309.14 nm nutzt.

PAM4 vs. NRZ-Modulation: Für größere Entfernungen (z. B. 30 km und mehr) nutzen viele 100G BIDI QSFP28-Module PAM4 (Pulsamplitudenmodulation 4-stufig), um höhere Datenraten innerhalb eines einzelnen optischen Kanals zu erreichen. Für kürzere Entfernungen (10 km, 20 km) kann NRZ (Non-Return-to-Zero) zur Kompatibilität mit älteren Switches verwendet werden.

EML- und PIN-Empfänger: Zur Übertragung werden leistungsstarke elektroabsorptionsmodulierte Laser (EML) verwendet, während PIN-Fotodioden oder SOA+PIN-Empfänger eine hohe Empfindlichkeit für Langstreckenanwendungen gewährleisten.

FEC-Integration: Die Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) ist für größere Reichweiten (30–80 km) von entscheidender Bedeutung, um Signalfehler zu korrigieren und eine zuverlässige Datenübertragung sicherzustellen.

Vorteile von 100G BIDI QSFP28-Transceivern

Das 100G QSFP28 BIDI bietet erhebliche Vorteile für moderne Netzwerke:

Glasfasereffizienz: Durch die Verwendung einer einzigen Glasfaser für die bidirektionale Kommunikation werden die Verkabelungskosten gesenkt und die vorhandene Infrastruktur optimal genutzt.

Kosteneinsparungen: Es sind keine zusätzlichen Glasfaserstränge mehr erforderlich, wodurch die Bereitstellungs- und Wartungskosten sinken.

Skalierbarkeit: Unterstützt hochdichte Bereitstellungen in Rechenzentren und Telekommunikationsnetzwerken, sodass Betreiber die Bandbreite ohne umfangreiche Infrastruktur-Upgrades skalieren können.

Vielseitigkeit: Verfügbar für mehrere Entfernungen (10 km bis 80 km) und daher für unterschiedliche Anwendungen geeignet, von Rechenzentren mit kurzer Reichweite bis hin zur Telekommunikation über große Entfernungen.

Interoperabilität: Kompatibel mit der Ausrüstung der wichtigsten Anbieter, wodurch eine nahtlose Integration in bestehende Netzwerke gewährleistet wird.

Energieeffizienz: Der niedrige Stromverbrauch (normalerweise <5 W bei kürzeren Reichweiten, <6.5 W bei 80 km) unterstützt Initiativen für umweltfreundliche Rechenzentren.

Anwendungen von 100G BIDI QSFP28-Transceivern

Das 100G QSFP28 BIDI wird in verschiedenen Branchen und Szenarien eingesetzt:

Rechenzentren: Ermöglicht Hochgeschwindigkeitsverbindungen zwischen Servern, Switches und Routern, insbesondere in Hyperscale-Umgebungen mit eingeschränkter Glasfaserverfügbarkeit.

Metro-Netzwerke: Unterstützt innerstädtische Konnektivität für Unternehmen und Dienstanbieter und bietet kostengünstige Lösungen für Verbindungen von 20 bis 40 km.

5G-Fronthaul: Erfüllt die Anforderungen von 5G-Netzwerken an hohe Bandbreite und geringe Latenz, insbesondere für Fronthaul-Verbindungen von 10 bis 30 km.

Telekommunikationsnetze: Ermöglicht Langstreckenkonnektivität (70–80 km) für regionale und nationale Backbone-Netzwerke.

Unternehmensnetzwerke: Bietet Hochleistungsverbindungen für Campus- und Unternehmensnetzwerke und unterstützt Initiativen zur digitalen Transformation.

Fazit

Der 100G BIDI QSFP28 Simplex LC SMF Transceiver ist eine revolutionäre Lösung für schnelle, glasfasereffiziente Netzwerke. Er unterstützt Entfernungen von 10 bis 80 km und eignet sich für Rechenzentren, Metronetze, 5G-Fronthaul und Langstrecken-Telekommunikation. Die FEC-Anforderungen reichen von optional (10 km) bis obligatorisch (30–80 km) und gewährleisten so zuverlässige Leistung. Durch die Nutzung von bidirektionalem WDM optimiert der 100G BIDI QSFP28 die Glasfasernutzung, reduziert Kosten und unterstützt skalierbare Netzwerke.