Différentes technologies du système DWDM 100G

Le développement continu des services à moyen et haut débit dans les réseaux de communication a mis en avant des exigences plus élevées et plus urgentes pour la bande passante de transmission des réseaux d'interconnexion de centres de données (DCI) et de communication métropolitains existants. L'évolution de la technologie de transmission optique 10/40 Gbps traditionnelle vers 100 Gb/s est devenue la tendance de la technologie de transmission optique. FiberMall a conclu après un grand nombre d'études que la technologie QSFP28 PAM4 peut être utilisée pour la transmission 100G DWDM dans un rayon de 100 km, et les méthodes de transmission optique 100G de modulation de phase et de réception cohérente sont nécessaires pour la transmission 100G DWDM sur 100 km.

Parmi eux, le système de transmission PM-QPSK utilisant la technologie de réception cohérente est le plus reconnu par l'industrie. Diverses dégradations du canal, telles que la dispersion chromatique, la PMD, la fréquence porteuse et le décalage de phase, peuvent être compensées de manière flexible dans le domaine électrique et reconfigurées dans les signaux par le récepteur du système PM-QPSK utilisant la technologie de traitement du signal numérique (DSP). Par conséquent, la PM-QPSK combinée à la détection cohérente offre la solution optimale, qui est choisie par la plupart des fournisseurs de systèmes comme schéma de transmission longue distance 100G.

La technologie DWDM a évolué vers des taux de modulation de plus en plus élevés, notamment 1.25G NRZ, 2.5G NRZ, 10G NRZ et 25G NRZ. Les PAM50 4G et PAM100 4G utilisent la modulation PAM4 d'ordre élevé, tout comme la technologie de modulation cohérente DWDM actuellement concurrentielle, principalement pour 200G et 400G, ainsi que les futurs services à large bande passante 800G.

Le module optique 100G DWDM QSFP28 PAM4 se branche directement sur un routeur ou un commutateur de centre de données approprié, sans avoir besoin d'une plate-forme de conversion DWDM séparée, ce qui réduit considérablement les coûts et simplifie le déploiement et la maintenance. De plus, avec des modules de compensation de dispersion (DCM) et des systèmes d'amplification EDFA appropriés, les modules PAM4 peuvent être ajoutés aux réseaux DWDM existants pour une transmission hybride.

Les formes de produits de nouvelle génération sont basées sur la modulation d'ordre élevé PAM4 : 50G (1X50G PAM4), 100G (2X50G PAM4) et 100G (1x100G PAM4).

Solution 50G (1X50G PAM4)

Les modules optiques utilisant des solutions 50G (1X50G PAM4) comprennent des modules optiques 50G SFP56 DWDM (bande C, espacement des longueurs d'onde 50 Ghz). Le produit adopte le facteur de forme SFP56, qui est de la même taille que SFP+ et peut être directement mis à niveau vers 50G sans modifier l'architecture de déploiement d'origine.

Le module optique 50G SFP56 DWDM adopte la modulation 50G PAM4 à la fois du côté du port optique et du côté du port électrique et utilise un laser DWDM EML à l'extrémité de transmission. Avec le support de la compensation de dispersion DCM et de l'EDFA, il peut répondre aux exigences d'une distance de transmission d'au moins 80 km. La bande passante totale d'une seule fibre prend en charge 96 ondes x50G = 4800G, et sa forme de produit avec une température de qualité industrielle peut répondre aux besoins des systèmes front-haul 5G.

Figure 1 : Schéma de principe du module optique 50G SFP56 DWDM

Solution 100G (2X50G PAM4)

Le module optique utilisant une solution 100G (2X50G PAM4) comprend 100G QSFP28 DWDM (bande C, intervalle de longueur d'onde de 50 Ghz). Il est généralement appelé 100G PAM4 QSFP28 dans l'industrie, et son port optique transporte le service 100GE par 2 longueurs d'onde 50G DWDM différentes. Le côté port électrique adopte 4X25G NRZ, tandis que le côté port optique a deux solutions : les interfaces CS et LC. L'interface CS adopte 4 fibres optiques, 2 entrées et 2 sorties. Le schéma d'interface LC duplex adopte la technologie WDM et 2 fibres optiques peuvent assurer la transmission. Avec la prise en charge de la compensation de dispersion DCM et de l'EDFA, il peut répondre aux exigences d'une distance de transmission d'au moins 80 km, et la bande passante totale d'une seule fibre prend en charge 96 ondes x50G = 4800G.

Figure 2 : Schéma de principe du module optique 100G QSFP28 DWDM (interface CS)

Figure 3 : Schéma de principe du module optique 100G QSFP28 DWDM (interface LC)

Solution 100G (1x100G PAM4)

Modules optiques utilisant 100G (1x100G) incluent 100G QSFP28 DWDM (bande C, 100GHZ). Ce produit est principalement réalisé par la source lumineuse DWDM + la technologie de modulation de la lumière au silicium. Avec le support de DCM + EDFA, il peut répondre à une transmission de 80 km et la bande passante totale d'une seule fibre prend en charge 48 ondes x100G = 4800G.

Figure 4 : Schéma de principe du module optique 100G QSFP28 DWDM

Avec ses avantages, les modules optiques PAM4 DWDM sont généralement utilisés dans la construction 100G et 400G, comme le DCI point à point, l'accès métropolitain Ethernet 100G basé sur DWDM, les liens de campus et d'entreprise, l'architecture d'accès mobile 5G, etc. Pour le centre de données DCI 80 km ~ 120 km, la technologie DWDM 50G/100G basée sur la modulation PAM4 d'ordre élevé peut rivaliser avec la cohérence 200G/Technologie DWDM 100G pour des parts de marché à faible coût. Comme indiqué dans le tableau ci-dessous :

Articles	Solution DWDM PAM50 double onde 4G	Solution PAM100 4G mono-onde	Solution DP-QPSK cohérente
Consommation d'énergie	À propos de 5.5W	À propos de 5.5W	Au dessus de 20W
Facteur de forme	QSFP28	QSFP28	CFP2/CFP
Espace de fréquences DWDM	50GHz	100GHz	50GHz
L'EDFA est-il obligatoire ?	OUI	OUI	OUI
Compensation de dispersion DCM	OUI	OUI	NON
Tolérance RX OSNR	Très faible, jusqu'à 2 EDFA en cascade	Très faible, jusqu'à 2 EDFA en cascade	Élevé, les EDFA N peuvent être mis en cascade
Bande passante totale typique	96X50G	48X100G	96X100G
Si la transmission à fibre unique/double fibre peut être réalisée	facile	facile	Très difficile et nécessite deux sources de lumière ITLA différentes.
La distance de transmission	80km~120km	80km~100km	Bien plus de 80 km

Tableau 1 : Système 50G PAM4 DWDM VS Système 100G PAM4 DWDM VS Système cohérent 100G DWDM

100G DWDM DCO QSFP28 Solution

Les 100G DWDM DCO QSFP28 Le module optique est conforme à la norme SFF-8636 (QSFP28 MSA), garantissant ainsi la compatibilité avec les commutateurs prenant en charge les ports QSFP28. Il intègre un système optique numérique cohérent (DCO) et un processeur de signal numérique (DSP), permettant des formats de modulation cohérents tels que QPSK, ce qui le rend idéal pour la transmission DWDM longue distance. Pour les distances inférieures à 40 km, aucun EDFA (amplificateur à fibre dopée à l'erbium) n'est requis ; seuls des composants DWDM passifs comme un multiplexeur/démultiplexeur sont nécessaires. Pour les liaisons de 80 km et 120 km, des EDFA sont nécessaires : un amplificateur boost à l'émetteur et un préamplificateur au récepteur pour compenser l'atténuation du signal. Le DSP gère également la compensation de la dispersion chromatique en interne, éliminant ainsi le recours à un DCM (module de compensation de dispersion) ou un TDCM (DCM accordable) externe.

Le module est compatible avec les commutateurs Ethernet 100G courants tels que Cisco Nexus, Arista 7050X, Juniper QFX et Edgecore, sans dépendance fournisseur, à condition que le commutateur prenne en charge la norme SFF-8636. Il prend en charge les grilles DWDM ITU standard (par exemple, bande C, espacement 50 GHz ou 100 GHz), ce qui le rend idéal pour les réseaux DWDM point à point ou multi-travées. Les applications typiques incluent l'interconnexion de centres de données (DCI), les réseaux métropolitains (MAN) et la transmission longue distance. Dans les clusters IA/HPC, il prend en charge les connexions à large bande passante et à faible latence.

Comparaison avec 100G (2x50G PAM4) DWDM QSFP28 et 100G Single Wave PAM4 DWDM QSFP28

Fonctionnalité	100G DWDM DCO QSFP28	100G (2x50G PAM4) DWDM QSFP28	100G onde unique PAM4 DWDM QSFP28
Modulation	Cohérent (par exemple, DP-QPSK)	2x50G PAM4 (non cohérent)	PAM4 à longueur d'onde unique (non cohérent)
Longueur d'onde/canal	Longueur d'onde unique (grille DWDM ITU)	Double longueur d'onde (2x50G)	Longueur d'onde unique (100 Gbit/s)
Compensation de dispersion	DSP intégré, aucun DCM/TDCM nécessaire	Nécessite un DCM/TDCM externe	Nécessite un DCM/TDCM externe
Distance de transmission (sans EDFA)	≤ 40 km (DWDM passif)	≤ 40 km (selon le module)	≤ 40 km (selon le module)
Exigence EDFA	80 km/120 km nécessitent un Boost + un préamplificateur	Peut nécessiter EDFA > 40 km	Peut nécessiter EDFA > 40 km
Consommation d'énergie	Plus élevé (~4.5–5 W en raison du DSP)	Inférieur (~3.5–4W)	Le plus bas (~3–3.5 W)
Complexité/Coût	Élevé (intégration DSP)	Moyen (nécessite DCM/TDCM)	Inférieur (conception plus simple)
Cas d'utilisation typique	DCI longue distance, MAN	DCI moyen-court	Liaisons DCI courtes ou haute densité

Différences Clés

Le module DCO QSFP28 utilise une modulation cohérente (par exemple, DP-QPSK) et un traitement du signal basé sur DSP, offrant une tolérance à la dispersion supérieure et des performances longue distance, idéales pour les liaisons de 80 à 120 km. En revanche, le module PAM2 50x4G utilise une modulation PAM4 double longueur d'onde et nécessite un DCM/TDCM externe pour la compensation de la dispersion, ce qui le rend adapté aux applications à moyenne portée. Le module PAM4 mono-onde, avec sa conception simple et sa faible consommation d'énergie, est idéal pour les déploiements à courte portée ou à haute densité, malgré sa tolérance à la dispersion limitée.

Bien que les trois modules puissent fonctionner sans EDFA sur des distances allant jusqu'à 40 km grâce à des composants DWDM passifs, des distances plus longues (80 à 120 km) nécessitent des EDFA. Le module DCO nécessite explicitement un boost et des préamplificateurs, tandis que les modules PAM4 peuvent également nécessiter une amplification en fonction de leur budget optique et de leur perte de liaison.

En termes de consommation et de coût, le module DCO consomme plus (environ 4.5 à 5 W) en raison de son DSP, mais offre de meilleures performances. Les modules PAM4 sont plus économes en énergie (3 à 4 W) et plus économiques, mais peuvent entraîner des coûts système supplémentaires en raison de la nécessité d'un DCM/TDCM.

Utilisation sur les commutateurs Ethernet 100G

Le module DWDM DCO QSFP100 28G est compatible avec les commutateurs prenant en charge les ports QSFP28 et la norme SFF-8636, tels que Cisco Nexus 9300, Arista 7050X, Juniper QFX5200 et Edgecore AS7712-32X. La compatibilité dépend de la prise en charge du micrologiciel et de la configuration des ports. Par exemple, Cisco Nexus 9300 nécessite NX-OS version 7.x ou ultérieure pour prendre en charge les modules DWDM DCO. Cisco n'exige généralement pas de licences supplémentaires pour une utilisation de base, mais des fonctionnalités avancées comme IPoDWDM ou TXP/MXP peuvent nécessiter des licences Advantage ou Premier. Arista et Juniper ne nécessitent généralement pas de licences spécifiques, mais peuvent nécessiter une confirmation de la prise en charge DCO dans leur système d'exploitation réseau (par exemple, SONiC).

Pour les liaisons ≤ 40 km, un multiplexeur/démultiplexeur DWDM passif (par exemple, 8/16/40 canaux) peut être utilisé sans EDFA. Pour les liaisons de 80 km ou 120 km, un amplificateur boost à l'émetteur et un préamplificateur au récepteur sont nécessaires pour maintenir l'intégrité du signal.

Recommandations pratiques de déploiement

Le module DCO QSFP28 est idéal pour les transmissions longue distance (40 à 120 km), comme les scénarios DCI ou MAN, où une conception système simplifiée et une fiabilité élevée sont souhaitées. Son DSP offre une excellente dispersion et une excellente tolérance au bruit. En revanche, les modules 2x50G et PAM4 mono-onde sont mieux adaptés aux déploiements courte distance (≤ 40 km) ou aux déploiements économiques. Ces modules conviennent aux réseaux dotés d'une infrastructure DWDM existante et supportent la complexité supplémentaire des DCM/TDCM. Le PAM4 mono-onde est particulièrement adapté aux connexions haute densité et courte portée au sein des centres de données.

Dans les environnements IA/HPC, les modules DCO QSFP28 sont utilisés pour les interconnexions à faible latence et haut débit entre les centres de données, souvent en association avec des DPU comme NVIDIA BlueField pour améliorer les performances réseau. Les modules PAM4 sont plus adaptés aux architectures spine-leaf économiques au sein des centres de données.

Le module QSFP100 DWDM DCO 28G est conforme à la norme SFF-8636, compatible avec les commutateurs 100G courants et intègre un DSP pour la compensation de dispersion. Il ne nécessite pas d'EDFA sur une distance inférieure ou égale à 40 km et utilise un boost et un préamplificateur sur une distance de 80 à 120 km, ce qui le rend idéal pour les communications DCI longue distance. Les modules basés sur PAM4, bien que moins coûteux et consommant moins d'énergie, nécessitent un DCM/TDCM externe et sont mieux adaptés aux applications courte distance ou haute densité. La compatibilité avec des commutateurs tels que Cisco, Arista et Juniper est généralement excellente, mais les exigences en matière de micrologiciel et de licence doivent être vérifiées.

Technologies critiques du schéma DP-QPSK cohérent 100G

Modulation par déplacement de phase en quadrature à multiplexage de polarisation (PM-QPSK)

QPSK est une méthode de modulation de bande de fréquence numérique multivariée (quaternaire). La porteuse sinusoïdale de son signal a 4 états de phase discrets possibles, et chaque phase de porteuse porte 2 symboles binaires. PM-QPSK divise un seul signal 100G en deux signaux de porteuse 50G avec différents états de polarisation et effectue une modulation QPSK sur chaque porteuse. Par conséquent, cette méthode peut réduire de moitié le débit en bauds du canal. Dans le même temps, étant donné que chaque état de polarisation peut utiliser 4 phases pour représenter les informations binaires, il est possible de réduire de moitié le débit en bauds du canal. Par conséquent, après le codage PM-QPSK, le débit en bauds peut être réduit à un quart du débit binaire.

Voici un diagramme schématique de la méthode de codage PM-QPSK :

Figure 5 : Diagramme schématique du codage PM-QPSK

SD-FEC

La technologie FEC est largement utilisée dans les systèmes de communication optique. Différents FEC peuvent obtenir différentes performances système. Selon les différentes méthodes de traitement des signaux reçus, le FEC peut être divisé en codes de décision dure et douce.

Le code à décision dure est une méthode de décodage basée sur le point de vue traditionnel du code correcteur d'erreurs. Le démodulateur prend d'abord la meilleure décision ferme sur la valeur de sortie du canal. La redondance FEC de la décision dure est d'environ 7%, ce qui a été largement utilisé dans le domaine de la communication optique.

Le décodage à décision souple utilise pleinement les informations de forme d'onde émises par le canal. Le démodulateur envoie une sortie de valeur réelle du filtre adapté au décodeur, c'est-à-dire que le décodeur à décision souple a besoin non seulement de flux de code "0/1", mais également d'"informations logicielles" pour décrire la fiabilité de ces flux de code. Plus on s'éloigne du seuil de décision, plus la fiabilité de la décision est élevée, sinon plus la fiabilité est faible.

Pour refléter le degré de distance, il est nécessaire de diviser plus finement l'espace de jugement. En plus de diviser le seuil « 0/1 », les espaces « 0 » et « 1 » sont également divisés par le « seuil de confiance » pour illustrer la position relative du point de décision dans l'espace de décision. Par rapport à la décision dure, la décision douce contient plus d'informations sur le canal. Le décodeur peut tirer pleinement parti de ces informations grâce au décodage probabiliste, pour obtenir un gain de codage supérieur au décodage à décision dure.

L'OIF recommande que 100G choisisse le codage de correction d'erreur directe à décision souple (SD-FEC) avec une redondance inférieure à 20 %. Dans ce cas, le gain net de codage peut atteindre environ 10.5 dB. L'utilisation de la technologie SD-FEC 100G peut atteindre le même niveau de distance de transmission que 10G.

Technologie cohérente

La cohérence fait référence à un mécanisme de démodulation dans lequel les ondes ont la même quantité de vibration, la même direction et fréquence de vibration et une relation de phase fixe. C'est une méthode de détection dans laquelle la porteuse du signal modulé est multipliée par le signal modulé reçu, puis le signal modulé est obtenu par filtrage passe-bas.

La détection cohérente détecte les signaux sans fil optiques modulés en intensité, en phase et en fréquence. Le signal optique est mélangé avec le laser oscillateur local (LO) à l'extrémité de réception avant d'entrer dans le récepteur optique, ce qui donne une composante de fréquence intermédiaire égale à la différence entre la fréquence du laser LO et la fréquence de la source lumineuse d'origine.

Par rapport à la détection directe, la détection cohérente est susceptible d'obtenir un rapport signal sur bruit important. Il a plus de types de signaux récupérables et une meilleure sélectivité en fréquence, ce qui convient mieux aux systèmes DWDM. Le récepteur cohérent numérique mappe toutes les propriétés optiques du signal optique au domaine électrique par le biais de la diversité de phase et de la diversité de polarisation. Il utilise également une technologie DSP mature pour réaliser le démultiplexage de polarisation et la compensation des dommages de linéarité des canaux dans le domaine électrique. Tous ces éléments simplifient la conception de compensation de dispersion optique et de démultiplexage de polarisation dans le canal de transmission afin de réduire et d'éliminer la dépendance vis-à-vis des compensateurs de dispersion optique et des fibres à faible PMD.

Cependant, le récepteur cohérent numérique transfère la complexité de la conception du canal de transmission au récepteur. Le coût d'obtention de meilleures propriétés de détection en détection cohérente est que la complexité du système est fortement augmentée, et qu'il manque de flexibilité.

Amélioration des réseaux DWDM avec des modules cohérents 100G

L'adoption des modules cohérents 100G a révolutionné les systèmes de multiplexage dense en longueur d'onde (DWDM), permettant une transmission optique longue distance haute capacité pour répondre aux exigences des réseaux modernes. Ces modules utilisent des techniques de modulation avancées, telles que la modulation par déplacement de phase en quadrature à multiplexage de polarisation (PM-QPSK), combinées à une détection cohérente et à un traitement numérique du signal (DSP) pour offrir des performances robustes. En compensant les dégradations telles que la dispersion chromatique et la dispersion modale de polarisation (PMD) dans le domaine électrique, les modules cohérents 100G garantissent l'intégrité du signal sur des distances supérieures à 1000 XNUMX km, ce qui les rend idéaux pour les interconnexions de centres de données (DCI), les réseaux métropolitains et les applications longue distance. Leur haute efficacité spectrale et leur compatibilité avec l'infrastructure DWDM existante en font un élément clé pour les opérateurs souhaitant optimiser leur bande passante.

Les modules cohérents 100G, généralement proposés dans des formats compacts comme les CFP ou CFP2, offrent une flexibilité remarquable pour les mises à niveau réseau. Équipés de lasers accordables alignés sur la grille DWDM de l'UIT (espacement de 50 ou 100 GHz), ces modules permettent une allocation dynamique des longueurs d'onde, simplifiant ainsi la gestion du réseau et réduisant les coûts de stockage des pièces de rechange. Par exemple, les modules cohérents 100G CFP2-DCO de FiberMall prennent en charge jusqu'à 120 canaux en bande C, offrant une mise à niveau transparente depuis les systèmes 10G ou 40G sans nécessiter de modifications d'infrastructure importantes. Associés à des amplificateurs à fibre dopée à l'erbium (EDFA) et à des modules de compensation de dispersion (DCM), ces modules offrent des performances fiables pour les réseaux métropolitains et longue distance, répondant ainsi aux besoins croissants du cloud computing, du backhaul 5G et de la connectivité d'entreprise.

Schémas d'implémentation pour les modules cohérents 100G dans les systèmes DWDM

Pour exploiter pleinement les modules cohérents 100G, les opérateurs de réseau peuvent mettre en œuvre des schémas personnalisés pour répondre à des cas d'utilisation spécifiques et optimiser les performances.
Schéma 1 : Le déploiement Metro DCI se concentre sur le déploiement de modules cohérents 100G dans les interconnexions de centres de données en zones métropolitaines. En intégrant ces modules à des multiplexeurs optiques reconfigurables (ROADM), les opérateurs peuvent obtenir un routage flexible en longueur d'onde pour des liaisons haut débit et faible latence sur 80 à 120 km. Ce schéma prend en charge jusqu'à 9.6 Tbit/s par paire de fibres (96 canaux à 100 G), ce qui le rend idéal pour les centres de données hyperscales à forte demande de trafic.

Schéma 2 : La transmission longue distance avec détection cohérente utilise des modules cohérents 100 G, ainsi que des systèmes avancés de correction d'erreur directe (FEC) et d'EDFA pour étendre les distances de transmission au-delà de 1500 XNUMX km. Cette approche est particulièrement adaptée aux réseaux interurbains, où la qualité du signal est maintenue grâce à une compensation DSP, réduisant ainsi le recours à des régénérateurs coûteux.

Schéma 3 : Les mises à niveau des réseaux hybrides 10G/100G permettent aux opérateurs d'intégrer des modules cohérents 100G à leurs systèmes DWDM 10G existants, offrant ainsi une solution économique pour accroître leur capacité. Grâce à des ROADM à grille flexible, les opérateurs peuvent allouer des canaux de 50 GHz aux modules 100G tout en conservant les canaux 10G sur la même fibre, atteignant ainsi une capacité totale allant jusqu'à 8 Tbit/s (80 canaux de 100 G). Ce schéma est particulièrement efficace pour les opérateurs souhaitant faire évoluer progressivement leurs réseaux sans remanier leur infrastructure existante.

Schéma 4 : L'optimisation du backhaul 5G s'appuie sur des modules cohérents 100 G pour répondre aux exigences de bande passante élevée et de faible latence des réseaux 5G. En déployant ces modules dans des anneaux métropolitains avec des longueurs d'onde réglables, les opérateurs peuvent ajuster dynamiquement la capacité pour répondre aux fluctuations du trafic, garantissant ainsi une connectivité fiable pour l'informatique mobile en périphérie et les applications d'entreprise.

La polyvalence des modules cohérents 100G en fait un composant essentiel pour la construction de réseaux DWDM évolutifs et tournés vers l'avenir. L'intégration de DSP avancés et de composants écoénergétiques, tels que ceux des modules cohérents 100G de FiberMall, garantit des performances élevées tout en respectant les objectifs de développement durable. Grâce à ces schémas de mise en œuvre, les opérateurs peuvent répondre à divers besoins réseau, de la DCI haute densité à la connectivité longue distance, tout en préparant les futures mises à niveau vers les systèmes 200G ou 400G. Face à la croissance continue des besoins en bande passante, les modules cohérents 100G offrent une solution fiable et économique pour la fourniture de réseaux optiques haute capacité.

Principes de base de la mise en œuvre 100G

Le principe de base de l'émetteur côté ligne 100G

L'objectif de conception du module optique côté ligne 100 Gb/s est de s'appliquer à la transmission optique longue distance et de prendre en charge la transmission côté ligne de l'équipement DWDM de l'OTU4. La figure suivante montre le schéma fonctionnel de l'extrémité de transmission du module optique côté ligne 100 Gb/s.

Figure 6 : Schéma de principe de l'émetteur du module optique de test de ligne 100 Gb/s

Comme le montre la figure, la lumière continue émise par le laser accordable intégré (ITLA) est envoyée au modulateur QPSK, qui devient deux ondes lumineuses après que le PBS est généré par un dispositif de séparation de polarisation dans le modulateur. Chaque lumière polarisée est modulée par un modulateur QPSK, et il y a des signaux I et O générés par le MUX lors de la modulation du signal. L'amplificateur à large bande et le pilote amplifient les signaux d'E et S et les appliquent au modulateur pour générer une modulation électro-optique.

Les deux signaux QPSK modulés sont synthétisés par un PBC et un signal multiplexé en polarisation PM-QPSK est émis. Pour le modulateur QPSK (modulateur), il est également nécessaire d'effectuer un contrôle de rétroaction (contrôle de polarisation MZ) pour les multiples points de polarisation de la phase I, Q et Pi/2 via un contrôle en boucle fermée, de sorte que le modulateur QPSK puisse Travailler de manière stable pendant une longue période dans un état de polarisation normal. De plus, l'unité de transmission code également les données de service à transmettre via le codeur SD-FEC et les entre dans MUX(X) et MUX(Y). Il génère des données série à 4 canaux à l'aide de la conversion parallèle-série et les transmet au pilote.

Le principe de base du côté récepteur

Comme le montre la figure ci-dessous, le signal optique PM-QPSK est reçu par l'unité de réception cohérente du module optique après une transmission longue distance. Le signal optique est divisé en deux signaux optiques polarisés mutuellement orthogonaux par le séparateur de faisceau de polarisation, désigné par la direction X et la direction Y. Les signaux optiques dans les deux directions sont mélangés de manière cohérente à 90 degrés (900Hybrid) avec la lumière polarisée de l'oscillateur local correspondant. Le signal émis par la fréquence de mélange subit une conversion photoélectrique via un détecteur photoélectrique équilibré, puis est échantillonné et quantifié par l'ADC pour compléter la conversion analogique/numérique. Enfin, la séquence numérique discrète après échantillonnage et quantification est envoyée à l'unité DSP pour traitement.

Figure 7 : schéma fonctionnel d'un émetteur-récepteur optique côté ligne 100 Gb/s

Dans le DSP, le signal numérique est synchronisé par récupération d'horloge. Le démultiplexage de polarisation et la suppression des effets CD, PMD et non linéaires partiels sont réalisés par égalisation du domaine électrique. La différence de fréquence entre la source lumineuse oscillante locale et la porteuse optique émettrice, ainsi que l'effet du bruit de phase, sont éliminés par estimation du décalage de fréquence et traitement de jugement correspondant. Les données traitées sont ensuite envoyées au décodeur SD-FEC pour décodage, et le signal de données est finalement récupéré.

Le principe de base de l'algorithme DSP

L'unité DSP complète l'algorithme DSP, qui est principalement divisé en cinq sous-fonctions : récupération d'horloge, égalisation avec démultiplexage de polarisation, estimation de porteuse, estimation de phase, trancheuse et décodeur. Son schéma fonctionnel est présenté dans la figure suivante.

Figure 8 : Schéma fonctionnel de l'unité de traitement numérique du signal

Ce qui suit présentera chaque unité dans le schéma fonctionnel :

• Récupération d'horloge numérique

L'objectif de la récupération d'horloge numérique est que, l'horloge d'échantillonnage du CAN étant indépendante de l'horloge symbole de l'émetteur, il est nécessaire d'utiliser le temps d'échantillonnage symbole des récepteurs du filtre d'interpolation. Cela permet de synchroniser l'horloge d'échantillonnage ajustée du récepteur avec l'horloge symbole de l'émetteur, garantissant ainsi une correspondance parfaite entre la fréquence d'échantillonnage du CAN et la fréquence symbole.

• Égalisation et démultiplexage de polarisation

L'égalisation et le démultiplexage de polarisation sont effectués sur une seule polarisation. La fonction de l'égalisation est d'éliminer la diaphonie du signal causée par le facteur linéaire du canal. Il peut être réalisé par FIR avec des coefficients de prise fixes ou variables, tandis que le démultiplexage de polarisation doit être réalisé par un filtre papillon. Le démultiplexage de polarisation consiste à séparer deux signaux polarisés. En effet, lorsque le signal est transmis, il existe une diaphonie entre les deux polarisations (causée par le couplage de polarisation). Et en raison de la rotation de polarisation, la polarisation du signal après le PBS à l'extrémité de réception ne correspond pas à la polarisation initiale.

•  Estimation du décalage de fréquence porteuse

En raison des caractéristiques non idéales du laser, la fréquence d'oscillation du laser à oscillateur local dans le récepteur optique cohérent peut présenter un écart par rapport à la fréquence porteuse. Ce décalage de fréquence se reflète dans le symbole, qui est le décalage de phase. Pour un système de modulation de phase tel que PM-QPSK, le décalage de phase causé par le décalage de fréquence doit être supprimé avant qu'il soit possible de démoduler le symbole de données final. Par conséquent, l'estimation du décalage de fréquence est un module indispensable pour les récepteurs. Le principe consiste à détecter la taille du décalage de fréquence, puis à effectuer une correction de phase sur le symbole pour supprimer l'influence du décalage de fréquence, en fonction de la valeur de décalage de fréquence estimée.

Figure 9 : Estimation du décalage de fréquence porteuse

• Estimation du décalage de phase de la porteuse

En raison de la largeur de ligne du laser, un certain décalage de phase se produit à proximité de sa fréquence d'oscillation réelle. Compte tenu de l'erreur d'estimation du décalage de fréquence, le décalage de phase du symbole après l'estimation du décalage de fréquence existe toujours. Ce décalage change avec le temps, ce qui peut couvrir toutes les plages de 0 à 2π. Le but de la récupération de phase de porteuse est de supprimer cette partie du décalage de phase afin que la phase du symbole de sortie puisse être directement utilisée pour la décision de symbole. Le principe de base de l'estimation de phase de porteuse est que le décalage de phase inattendu de la phase d'information est obtenu et supprimé de chaque symbole.

• Décodage et récupération de données

Pour QPSK, une fois la phase du signal récupérée, deux signaux I et Q polarisés peuvent être obtenus selon la règle de modulation de phase. Pour DQPSK, une fois la phase du signal récupérée, les phases des deux symboles doivent être soustraites pour obtenir deux signaux polarisés I et Q.

Caractéristiques techniques et avantages du système 100G

Comme nous le savons tous, chaque augmentation du débit monocanal sera limitée par les dégradations de transmission, notamment la tolérance OSNR, la dispersion chromatique, la PMD et la non-linéarité. Par conséquent, des technologies plus avancées sont nécessaires pour réduire l'impact de ces dégradations de la transmission. 100G intègre plusieurs technologies telles que le multiplexage de polarisation, la modulation de phase, le super FEC, la détection cohérente et le DSP. Les caractéristiques des solutions technologiques 100G actuelles sont les suivantes :

• En utilisant la technologie du multiplexage de polarisation et l'orthogonalité mutuelle entre les deux états de polarisation du signal optique, deux canaux d'information sont transportés sur la même porteuse optique. Ce faisant, le débit de symboles du signal est réduit de moitié. La combinaison de la détection cohérente avec l'ADC et le DSP est également une percée technologique clé dans le 100G. Par rapport à la détection directe et à la démodulation auto-cohérente, la combinaison de la détection cohérente et de la technologie DSP peut améliorer efficacement l'efficacité de la démodulation et la sensibilité du récepteur.
•  La technologie QPSK peut doubler la quantité d'informations transportées par la porteuse optique, et sa combinaison avec le multiplexage de polarisation réduit le débit en bauds du signal 100G à environ 25 Gbaud/s. Par conséquent, QPSK peut être appliqué dans le système OTN avec un intervalle de 50 GHz et peut réduire les exigences de signal pour la tolérance de non-linéarité de la fibre.
• La technologie 100G peut améliorer efficacement le gain de codage grâce à la solution LDPC (Low-Density Parity-Check Code) et à la méthode de décision souple.
• La combinaison de la détection cohérente avec l'ADC et le DSP est également une percée technologique clé dans le 100G. Par rapport à la détection directe et à la démodulation auto-cohérente, la combinaison de la détection cohérente et de la technologie DSP peut améliorer efficacement l'efficacité de la démodulation et la sensibilité du récepteur.

Conclusion

Pour l'interconnexion de centre de données (DCI) à moins de 100 km de distance de transmission, FiberMall fournit des solutions de 100G (2X50G PAM4) DWDM QSFP28 et 100G (1x100G PAM4) DWDM QSFP28. Pour les réseaux métropolitains, la distance de transmission est supérieure à 100 km, FiberMall fournit deux solutions longue distance, 1x 100G QSFP28 à 1x 100G CFP-CDO et 2x 100G QSFP28 à 1x 200G CFP2 DP-8QAM ou DP-16QAM. Grâce aux efforts conjoints de tous les employés de FiberMall, la technologie 100G DWDM est devenue très mature et a été largement déployée dans les centres de données et les réseaux métropolitains du monde entier.