Module DWDM CFP400-DCO 2G

La croissance du trafic réseau entraîne une augmentation de la bande passante des ports sur le réseau de transmission. Pour la transmission longue distance et à large bande passante, la technologie de transmission cohérente basée sur le multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM) offre la meilleure solution.

Au fur et à mesure que les solutions cohérentes 400G mûriront, la demande de ports cohérents 400G proliférera. Il existe deux moteurs de croissance des ports cohérents 400G :

•  Croissance de la bande passante du réseau ;
•  Augmentation du nombre de ports 400GE côté client.

Il s'est avéré être la méthode la plus rentable d'utiliser une longueur d'onde 400G pour transporter le trafic 400GE.

Selon le rapport prévisionnel de LightCounting, les ports cohérents 400G seront utilisés dans de plus en plus de réseaux et connaîtront la croissance la plus rapide au cours des 5 prochaines années. Avec l'augmentation continue du trafic réseau, des longueurs d'onde totales et du nombre de longueurs d'onde dans un seul réseau, les opérateurs de réseau augmenteront également les exigences de flexibilité de la gestion et de la planification du réseau, favorisant ainsi le déploiement à grande échelle de ROADM (reconfigurable optical add/drop multiplexeur).

Les fournisseurs de services Internet (ISP) peuvent configurer dynamiquement les chemins de longueur d'onde selon les besoins grâce à la technologie de commutation sélective de longueur d'onde (WSS). Les chemins optiques peuvent réaliser des connexions point à point, réduisant la latence et la consommation d'énergie. En raison de ces avantages, de plus en plus de FAI adoptent cette solution.

Par exemple, en 2017, l'un des FAI chinois a construit des réseaux ROADM avec 364 longueurs d'onde le long des cours moyen et inférieur du fleuve Yangtze. La modulation de débit flexible et la technologie de maillage flexible rendent les réseaux DWDM plus flexibles et résilients, tandis que les systèmes DWDM traditionnels utilisent un maillage, une fréquence centrale et une largeur de canal fixes de 50/100 GHz. Si une modulation flexible et une technologie de grille sont disponibles, le format de modulation et la largeur de canal de chaque port peuvent être personnalisés en fonction de la capacité et de la distance de transmission, améliorant ainsi l'efficacité spectrale et la capacité de transmission. Ce qui suit est un diagramme schématique d'un débit flexible et d'un maillage pour une configuration de réseau flexible.

Figure1 : schéma de principe du taux flexible et de la grille

Les changements dans l'architecture du réseau nécessitent des modules optiques côté ligne plus flexibles qui prennent en charge Flex Rate et Flex Grid. La tendance actuelle dans les réseaux optiques est vers des efficacités spectrales plus élevées, se rapprochant de la limite de Shannon. Modules optiques cohérents évoluent dans trois directions :

• Efficacité spectrale : améliorez l'efficacité spectrale et la capacité à fibre unique en fonction de la progression de l'algorithme oDSP ;
• Débit en bauds : augmentez le débit en bauds à longueur d'onde unique, obtenez une bande passante à port unique plus élevée et réduisez le coût et la consommation d'énergie par bit ;
• Taille plus petite et consommation d'énergie réduite : il adopte des composants optoélectroniques intégrés, un processus de fabrication avancé et un algorithme oDSP dédié.

En raison de la limitation de Shannon, la longueur d'onde 64 Gbaud 400G ne peut pas atteindre les performances requises pour la transmission optique sur de longues distances. Des débits en bauds plus élevés et des algorithmes oDSP plus complexes et plus puissants sont nécessaires pour répondre aux exigences des réseaux fédérateurs interurbains (régionaux) et longue distance.

Par exemple, pour les liaisons longue distance (> 1000 km), le débit en bauds pour les longueurs d'onde 400G doit être supérieur à 90 Gbaud, et les débits ADC et DAC dans l'oDSP doivent être augmentés. Cependant, à mesure que les débits en bauds augmentent, la transmission par fibre optique est plus coûteuse et plus difficile à compenser. Par conséquent, des algorithmes de compensation plus puissants sont nécessaires pour compenser les dommages physiques des voies.

Étant donné que les ROADM ont été largement utilisés, une liaison de longueur d'onde de bout en bout doit passer par plusieurs voire des dizaines de ROADM, y compris des commutateurs sélectifs en longueur d'onde (WSS). L'effet de superposition du filtrage WSS réduit la bande passante effective du lien, ce qui impose des exigences plus élevées pour l'algorithme de compensation dans l'oDSP. La figure ci-dessous montre l'effet du ROADM multi-étages sur la bande passante du canal optique.

Figure 2 : effet du ROADM multi-étages sur la bande passante du canal optique

En outre, de nombreux FAI souhaitent configurer de manière flexible le format de modulation et le débit en bauds en fonction du débit du port et de la distance de transmission. Par exemple, ils déploient 400G 16QAM pour une transmission longue distance 400G et 800G 64QAM pour des dizaines de kilomètres d'interconnexions de centres de données métropolitains afin d'améliorer l'efficacité spectrale et de réduire le coût par bit. Grâce à cette technique de modulation flexible et à un maillage flexible de couches optiques, la capacité de la fibre peut être maximisée, ce qui permet d'économiser l'investissement dans les câbles optiques.

Les solutions d'émetteurs-récepteurs optiques cohérents 400G longue distance et grande capacité de FiberMall répondent aux besoins de différents clients. Chaque module prend en charge la modulation de débit flexible (100G/200G/400G) et est conditionné en CFP2. Il prend en charge une largeur spectrale de bande C de 40 nm et une bande Super C de 48 nm en même temps et prend en charge un maximum de 120 longueurs d'onde pour répondre aux besoins de grande capacité des clients.

Des composants photoniques en silicium de petite taille ou des composants InP haute performance à large bande passante sont utilisés pour répondre à une gamme de scénarios d'application différents. Les principes du 400G modules optiques cohérents dans différents packages sont les mêmes. L'extrémité Tx du module optique cohérent 400G se compose d'un oDSP, d'un pilote de données, d'un laser accordable en longueur d'onde et d'un modulateur PDM-I/Q.

Tout d'abord, les données de la carte mère sont mappées et encodées. Le Tx-oDSP effectue ensuite la mise en forme spectrale et la compensation de la bande passante de la liaison de données. Après cela, le pilote de données amplifie l'amplitude et entre les données amplifiées dans le modulateur. Le modulateur convertit ensuite les données en un signal optique pour la sortie. Du côté Rx, le signal optique entre dans l'ICR et interfère avec la longueur d'onde de l'oscillateur local pour réaliser la conversion photoélectrique. Une fois que l'ADC à grande vitesse a échantillonné le signal électrique, il compense la dispersion chromatique (CD) et l'état de polarisation (SOP). Ce qui suit est le schéma fonctionnel du module optique cohérent.

Figure 3 : Schéma fonctionnel du module optique cohérent

 

Voici les suggestions de modules optiques 400G CFP2-DCO utilisés pour la transmission longue distance à grande capacité 400G :

• Conforme au protocole CFP2 (MSA) ;
• Utilisation du progiciel CFP2 ;
• Conforme aux spécifications d'interface 400G CAUI-8 et FlexO ;
• Prend en charge plusieurs formats de modulation, y compris QPSK et 16QAM ;
• Prend en charge 400G 16QAM 500 km à 75 GHz et 200G QPSK 2000 km à 75 GHz.

Le 400G CFP2-DCP est un module optique enfichable qui offre des performances optimales et intègre plusieurs technologies innovantes pour améliorer les performances de transmission 400G. Voici le schéma fonctionnel du 400G CFP2-DCO.

Figure4 :Schéma fonctionnel du 400G CFP2-DCO

• oDSP haute performance et faible consommation d'énergie
• Pour augmenter la distance de transmission, la technologie FEC Turbo Product Codes (TPC) - hautes performances, faible consommation d'énergie - est adoptée pour approcher la limite de Shannon. Les débits élastiques de 200G à 400G sont également pris en charge. De plus, des fonctionnalités enfichables et basse consommation sont mises en œuvre avec une architecture IP/DSP basse consommation.

Pour 400G CFP2-DCO, plusieurs formats de modulation sont pris en charge, notamment 400G 16QAM, 200G QPSK et DQPSK. Pour une transmission à haute capacité, 16QAM est recommandé pour une transmission à longueur d'onde unique 400G@75GHz. Pour les nouveaux réseaux, il est recommandé d'utiliser QPSK pour une transmission 200G@75 GHz avec une distance de transmission de 2000 km. En revanche, DQPSK est appliqué aux réseaux existants dans des scénarios mixtes pour réduire l'impact sur la linéarité.

• Super capacité en bande C
• Dans le système de multiplexage par répartition en longueur d'onde, la capacité d'un système à fibre unique est directement affectée par le nombre de longueurs d'onde de transmission. Le module CFP2 est le premier module optique en bande Super C, prenant en charge 80 longueurs d'onde de 400G@75G et ayant une capacité de transmission optique à fibre unique de 32T. La réalisation de la bande Super C repose sur d'autres capacités, notamment les lasers sous-jacents, les ICTR et les amplificateurs optiques intégrés (OA).

Tx et Rx partagent un seul laser pour obtenir une conception compacte à faible consommation d'énergie dans un boîtier CFP2. De plus, la conception laser unique de FiberMall utilise un nanolaser compact avec une puissance optique de sortie élevée. Ci-dessous, un spectre ultra-large bande (120 longueurs d'onde).

Figure5：Spectre ultra large bande

• Large plage de réglage de la puissance optique de sortie
• Dans la transmission longue distance, la puissance optique de sortie doit être affinée pour obtenir de meilleures performances. La puissance optique de sortie du 400G CFP2-DCO peut être ajustée avec précision dans la plage de + 1 dBm à + 4 dBm pour répondre aux exigences de puissance d'entrée des différentes couches optiques.
• ICTR intégré à la photonique sur silicium
• La technologie ICTR de la photonique sur silicium est utilisée dans 400G CFP2-DCO module pour minimiser la taille physique. En raison de ses propriétés optiques uniques, la photonique au silicium a un plus grand confinement du champ optique, ce qui se traduit par des structures de guides d'ondes plus compactes. De plus, la photonique au silicium prend en charge le traitement de polarisation, qui permet la modulation et la détection cohérente des signaux 16QAM à double polarisation tout en minimisant la taille de la puce ICTR.
• Conditionnement photoélectrique multi-puces

Les performances de la liaison RF entre l'oDSP et le modulateur optique sont optimisées pour réduire les exigences du pilote et ainsi réduire la consommation d'énergie. De plus, les puces optiques et les puces électroniques sont conditionnées ensemble pour réduire la taille physique.

• OA compact hautes performances

La technologie ICTR de la photonique sur silicium est utilisée pour obtenir une taille compacte mais entraîne une perte d'insertion importante. Pour les exigences de transmission optique haute performance, le terminal de sortie adopte un petit OA développé indépendamment par FiberMall pour amplifier le signal optique. De plus, le NF de l'OA est optimisé pour les signaux optiques amplifiés de haute qualité.

Hvoici les suggestions fou le module optique 400G MSA pour une transmission longue distance et ultra-grande capacité:

• oDSP haute performance
• Pour augmenter la distance de transmission, la technologie FEC haute performance est utilisée pour approcher en continu la limite de Shannon, et des taux élastiques de 200-800G sont pris en charge. Lorsque le nombre de ROADM et le nombre de filtres en cascade dans l'architecture de réseau tout optique augmentent, l'algorithme Faster-Than-Nyquist (FTN) est utilisé pour améliorer la capacité de transmission des filtres, garantissant que les filtres à plusieurs étages ne cause pas de pertes. Le module d'acquisition et d'analyse des données de la liaison par fibre optique est intégré au système de gestion du réseau pour améliorer la capacité d'exploitation et de maintenance tout au long du cycle de vie. Les performances de transmission du 400G MSA sont présentées dans la figure ci-dessous.

Figure 6 : Performances de transmission du MSA 400G

• Laser haute performance
• Dans un système 400G cohérent, un laser accordable fournit un signal optique à Tx pour la modulation. À Rx, un autre laser accordable fournit le signal optique, qui est utilisé comme signal de référence local pour une détection cohérente. Le laser doit avoir les caractéristiques suivantes :

– Puissance optique de sortie élevée : assure la puissance optique incidente élevée du module et améliore les performances de transmission ;

– Largeur de raie étroite : un bruit de phase non linéaire est introduit après la transmission du signal optique à travers la fibre optique, et la largeur de raie est directement liée au bruit de phase. Cela est particulièrement vrai pour les transmissions à modulation d'amplitude en quadrature (QAM) élevées, qui augmentent encore les exigences de largeur de ligne. Un laser intégré InP unique avec SOA est utilisé pour assurer une puissance optique de sortie élevée.

De plus, la conception unique du réseau et le schéma de contrôle de la longueur d'onde sont utilisés pour obtenir une largeur de raie ultra-étroite et un verrouillage de longueur d'onde à haute stabilité. De plus, en optimisant le milieu de gain et le réseau accordable du laser, un laser accordable dans la bande Super-C est couvert. L'image ci-dessous montre un laser haute performance.

Figure7： Un laser haute performance

• Modulateur haute performance
• Typiquement, les modulateurs sont créés en utilisant l'une des technologies : le niobate de lithium (LiNbO 3 ), le phosphore d'indium (InP) ou la photonique au silicium. Chacun a ses forces et ses faiblesses. LiNbO3 est une plate-forme de composants optiques mature qui peut atteindre une bande passante élevée et une faible amplitude d'entraînement, mais avec une grande taille de composant. InP prend en charge la modulation à large bande passante et peut intégrer SOA pour obtenir une puissance optique de sortie élevée. Cependant, InP est sensible à la température et le contrôle de la température nécessite TEC.
• D'autre part, les modulateurs photoniques en silicium intègrent des unités fonctionnelles de multiplexage de polarisation au niveau de la puce tout en réduisant la taille physique, ce qui nécessite des tensions de commande plus importantes. Le 400G MSA utilise un substrat semi-isolant et un modulateur Mach-Zehnder unique pour une intégration InP I/Q-MZ et SOA à large bande passante. De cette manière, une bande passante de modulation élevée et une puissance optique de sortie élevée sont obtenues. La figure suivante montre la bande passante de modulation élevée prise en charge par le modulateur InP.

Figure 8 : la bande passante de modulation élevée prise en charge par le modulateur InP

• Optoélectronique haute performance ou RFIC
• Au Tx du récepteur optique cohérent, un pilote est nécessaire pour amplifier le signal électrique afin de piloter le modulateur optique. Du côté Rx, un TIA est nécessaire pour convertir les signaux de courant en un signal de tension et amplifier le signal de tension. Par conséquent, les pilotes et les TIA doivent avoir une bande passante plus élevée et une meilleure linéarité.
• Il réalise une bande passante ultra-élevée, une linéarité ultra-élevée, un pilote linéaire à bruit ultra-faible et un TIA, basés sur une architecture de circuit innovante et une conception d'égalisation active. Les modulateurs d'entraînement cohérents (CDM) et ICR fournissent également une bande passante élevée.

Ffigure9：NOTRE et le pilote

• ICR haute performance
• Un ICR est utilisé à Rx pour recevoir le signal optique dans un récepteur optique cohérent. Ce processus implique également des mélangeurs optiques et des PD qui sont utilisés pour convertir les signaux optiques en signaux électriques. Les technologies liées à l'ICR comprennent la technologie silicium sur isolant (SOI) pour l'intégration ICR, la technologie de circuit à ondes lumineuses planaires (PLC) pour les mélangeurs optiques et un InP PD.

• Des mélangeurs optiques basés sur la technologie SiN peuvent être utilisés pour obtenir un bon couplage de fibre et un bon traitement de polarisation afin d'obtenir le meilleur effet de mélange optique. Les PD InP à large bande passante et haute sensibilité sont montés sur des puces SiN via un boîtier flip-chip unique, qui forme des ICR à haute intégration, hautes performances et de petite taille. Le diagramme ICR est le suivant.

Figure10： Diagramme schématique de l'ICR

• Pack haute performance
• Le 400G MSA utilise un package Charger Device Model (CDM) hautes performances. Le pilote et le modulateur à large bande passante sont regroupés dans un seul ensemble, ce qui réduit les longueurs de trace pour les signaux RF à haut débit et garantit l'intégrité du signal à haut débit et une bande passante élevée. Certains ports électriques utilisent des broches pour assurer une connexion et une bande passante stables des signaux entrants, améliorant ainsi les performances des composants CDM. La figure suivante est un diagramme schématique d'un conditionnement de composants hautes performances.

Figure11： diagramme schématique de l'emballage des composants haute performance

• Tarifs flexibles 200-800G, transmission à grande capacité 800G à onde unique
• Le micro-module prend en charge la QAM d'ordre élevé grâce à un puissant oDSP et à une optique à large bande passante. Pendant ce temps, la mise en forme de la constellation 2.0 est utilisée pour prendre en charge l'ajustement 200-800G. De plus, l'OA intégré peut garantir la puissance optique de sortie sous une modulation d'ordre supérieur.

Ffigure12：Formats de modulation flexibles

Le besoin d'une capacité plus élevée, d'un coût par bit inférieur et d'une consommation d'énergie réduite entraîne des taux de transmission de plus en plus élevés pour les modules optiques. En tant que technologie grand public de la génération précédente, le 100G est entré dans un cycle de vie mature et stable, et il est difficile de réduire le coût unitaire. À l'heure actuelle, les modules optiques 400G grand public ont été utilisés dans divers scénarios de réseau tels que la mise en réseau de centres de données, les réseaux porteurs intégrés métropolitains et les réseaux de transmission longue distance à grande capacité.