Prueba conjunta del sistema de transmisión óptica de 400 GbE de FiberMall

FiberMall, en colaboración con Lumentum-Neophotonics, Cisco-Acacia y EXFO, ha propuesto con éxito un sistema de transmisión óptica de 927 GbE (Gigabit Ethernet) interoperable de extremo a extremo de 400 kilómetros. Este sistema integra los últimos módulos ópticos conectables de 400 G, que abordan las necesidades de los clientes Ethernet (IEEE 802.3 400GBASE), las interconexiones de centros de datos (OIF 400-ZR) y las redes metropolitanas/regionales (400G OpenROADM). Los módulos ópticos de 400 G utilizados proceden de distintos proveedores e incorporan chips DSP de varios vendedores. A continuación se presenta un resumen de las principales características de los módulos ópticos 400GBASE, 400-ZR y 400-ZR+ según la definición de los principales organismos de normalización:

1. Aplicaciones de interconexión de centros de datos de 400G

Gestionado por OIF a través del acuerdo multifuente 400 ZR (MSA). La interfaz óptica 400ZR se puede insertar fácilmente en conmutadores Ethernet o enrutadores IP, siempre que el factor de forma del transceptor cumpla con los requisitos del equipo, lo que lo hace especialmente adecuado para aplicaciones IP sobre WDM, generalmente con rangos de transmisión de 40 a 120 kilómetros.

Transceptores 400ZR:Utilice láseres sintonizables de banda C, modulación DP-16QAM a 59.84 Gbaud y C-FEC. La conexión combina códigos Hamming internos y códigos de escalera externos, con una sobrecarga del 14.8 %. Con una BER de 10^-15, la ganancia de codificación de C-FEC es de 10.8 dB, con un umbral de BER previo a FEC de 1e-2. Los módulos ópticos 400ZR requieren una OSNR superior a 26 dB con un ancho de banda de resolución de 0.1 nm para un funcionamiento en modo back-to-back.

2. Redes metropolitanas y regionales de 400 G

Abordado por OpenROADM y OpenZR+. OpenZR+ se centra en la transmisión de tramas de datos de 400 GbE, mientras que OpenROADM encapsula flujos de 400 GbE en contenedores OTN. Debido a la mayor eficiencia de Open-FEC (O-FEC) en comparación con C-FEC, los transceptores OpenROADM y OpenZR+ cubren enlaces metropolitanos/regionales con múltiples tramos de fibra, amplificadores ópticos y ROADM (multiplexores ópticos reconfigurables de inserción y extracción).

OpenZR+ de 400 G: utiliza DP-63.14QAM de 16 Gbaud y O-FEC, con una sobrecarga del 15.3 %. O-FEC proporciona una ganancia de codificación de 11.6 dB con una BER de 10^-15, con un umbral previo a la FEC de 2e-2. La OSNR necesaria para el funcionamiento en modo back-to-back en un ancho de banda de 0.1 nm es de 24 dB.

Esta prueba conjunta demuestra la capacidad de integrar ópticas conectables avanzadas de 400G de múltiples proveedores, lo que garantiza la interoperabilidad y satisface las diversas necesidades de las redes ópticas modernas en diversas aplicaciones.

Entorno experimental para tres escenarios de aplicación

1. 400GBASE-FR4 QSFP-DD:

Modulación: PAM4 en cuatro longitudes de onda CWDM de banda O.

Velocidad de símbolo/datos por longitud de onda: 53.125 Gbaud/106.25 Gbps.

Consumo de energía: ~12W.

Distancia de transmisión: 2km.

2. 400G-OpenROADM:

Conversión: eléctrica a óptica, encapsulando tramas de 400 GbE en OTU4 (Unidad de transporte óptico).

Transceptor: Óptica coherente digital (DCO) 400G-OpenROADM CFP2.

Modulación: 400G DP-16QAM con O-FEC.

Velocidad de símbolo: 63.14 Gbaud.

Velocidad de datos: 505.11 Gbps.

Espectros: Espectro de 58 canales WDM en la salida del transmisor y espectro de señal recuperada después de 800 km.

3-ZR:

Estándar: OIF con DP-16QAM y C-FEC.

Velocidad de símbolo/datos: 59.84 Gbaud/478.75 Gbps.

Consumo de energía: ~16.5W.

Espectros: Espectro en el extremo del transmisor.

4. Transceptores coherentes:

CFP2-DCO para OpenROADM: incluye un ASIC DSP FinFET de 7 nm y un subconjunto óptico transceptor integrado (TROSA).

Componentes TROSA: chips ópticos y circuitos integrados de alta velocidad, incluidos controladores MZM, TIA y láseres DS DBR.

Modulación: InP DP-QPSK con SOA integrado para compensar la pérdida de modulación.

Funciones de recepción: Híbridos ópticos InP de 90° de polarización dual con VOA y TIA diferenciales de cuatro canales.

Funciones de láser, transmisor y receptor: todas encapsuladas en el TROSA.

Formatos admitidos: 100/200/300/400G DP QPSK/8QAM/16QAM, con velocidades de transmisión de 31 a 66 Gbaud para optimizar la cobertura del enlace, la capacidad y la eficiencia espectral.

5. Opción OE-MCM:

Integración: PIC fotónico de silicio y DSP.

Optimización: reduce los problemas de integridad de la señal al colocar el láser fuera del paquete OE-MCM, eliminando el acoplamiento térmico no deseado entre el DSP y el láser.

Estos entornos de prueba y las características de los transceptores resaltan las capacidades avanzadas de los sistemas de transmisión óptica de 400 GbE, lo que garantiza un rendimiento sólido en diversos escenarios de aplicación, incluidas las interconexiones de centros de datos, las redes metropolitanas y regionales y los servicios de cliente Ethernet. Los esfuerzos de colaboración de varios proveedores y la integración de diferentes tecnologías subrayan la versatilidad y la escalabilidad de las soluciones de redes ópticas modernas.

Resultados experimentales finales

1. 2 km 400GBASE-FR4:

Después de 2 km de fibra, el QSFP-DD recibió una potencia total de aproximadamente +4.5 dBm en cuatro canales CWDM.

La tasa de error de bits (BER) pre-FEC medida fue de aproximadamente 1.4e−4, lo que garantiza una transmisión sin errores en este segmento de fibra específico.

• 8 x 100 km 400G-OpenROADM:

Se midió la BER del canal 400G-OpenROADM con una potencia de entrada óptima que oscilaba entre +1 dBm y +3 dBm. El rendimiento se mantuvo muy estable en este rango, independientemente de la distancia.

El canal OpenROADM 400G cubrió con éxito 800 km con un BER de 1.6 × 10−2, una OSNR recibida de 25 dB y un margen OSNR de aproximadamente 0.8 dB.

Mediante la adición de un filtro óptico programable después del transmisor CFP2-DCO, se simuló la inserción de una cascada de WSS de 75 GHz. El experimento demostró que a 800 km, no se conectaron en cascada más de cuatro WSS, mientras que a 500 km, fueron posibles hasta 20 WSS.

• 125 kilómetros 400-ZR:

En una configuración back-to-back (BtB), la sensibilidad del receptor QSFP-DD se midió en aproximadamente -21 dBm.

Sin ningún EDFA, la señal 400G podría atravesar 40 km de fibra con un presupuesto óptico de aproximadamente 10 dB (incluidas las pérdidas de fibra y conector).

Con un mini-EDFA de +10 dBm, se logró una transmisión sin errores a lo largo de 125 km con un presupuesto óptico de aproximadamente 26.5 dB, limitado por la capacidad de compensación de dispersión del receptor. El ROSNR medido (~24 dB) estuvo significativamente por debajo del requisito de MSA de 400-ZR (ROSNR = 26 dB).

En resumen, estos experimentos demuestran los esfuerzos de colaboración de los proveedores de dispositivos, módulos y pruebas para mostrar la transmisión óptica 2GBASE-FR400 de 4 km, 8G OpenROADM de 100 x 400 km y 125-ZR de 400 km. El 400-ZR+ QSFP-DD se insertará directamente en enrutadores IP y conmutadores Ethernet. Los próximos módulos 400-ZR y 400-ZR+ QSFP-DD con potencia de salida de 0 dBm, con micro-EDFA o SOA integrados, están preparados para convertirse en tecnologías fundamentales para DCI y redes de transmisión metropolitanas/regionales que utilizan la arquitectura IPoWDM.