Présentation de l'émetteur-récepteur cohérent : CFP2-DCO vs QSFP-DD DCO vs OSFP-DCO

Ces dernières années, la technologie de communication optique cohérente est devenue de plus en plus un point chaud dans le domaine de la communication optique. Une communication optique cohérente avec une modulation complexe économise les ressources de bande passante optique et améliore l'efficacité de la transmission par fibre, ce qui est un excellent choix pour augmenter encore la bande passante de transmission. Dans le domaine de la communication de données, la technologie cohérente est également devenue la solution principale pour l'interconnexion des centres de données (DCI) (80 ~ 120 km). L'utilisation de liaisons optiques cohérentes connaîtra une poussée de croissance dans les années à venir, et ces nouvelles applications présentent également de nouvelles exigences pour les systèmes d'émetteurs-récepteurs optiques cohérents, de sorte que des émetteurs-récepteurs cohérents ont été créés. Dans cet article, nous vous guiderons étape par étape à travers la comparaison de la communication optique cohérente et non cohérente pour comprendre ce qu'est la technologie de communication optique cohérente et présenterons quatre types d'émetteurs-récepteurs cohérents qui peuvent réaliser une transmission 100G-400G sur le marché actuel.

 

1. Qu'est-ce qu'une technologie de communication optique cohérente ?

Dans la construction de centres de données et d'infrastructures de réseau, nous entendons souvent parler de transmission 400G, et la communication optique cohérente est la principale direction technologique pour atteindre ce taux. Il joue un grand avantage dans la transmission dorsale côté ligne.

La lumière avec la même fréquence et la même direction de vibration peut être appelée lumière cohérente. La modulation cohérente et la technologie de détection hétérodyne sont principalement utilisées dans la communication optique cohérente, et la émetteur-récepteur cohérent est le principal produit basé sur cette technologie.

La dite modulation cohérente est d'utiliser le signal à transmettre pour changer la fréquence, la phase et l'amplitude de la porteuse optique (au lieu de changer l'intensité de la lumière comme la détection d'intensité), ce qui nécessite que le signal optique ait une certaine fréquence et phase (au lieu de n'ayant pas une certaine fréquence et phase comme la lumière naturelle), c'est-à-dire qu'il doit s'agir d'une lumière cohérente. Par exemple, le laser est une sorte de lumière cohérente. La dite hétérodyne détection consiste à utiliser un laser généré par oscillation locale pour le mélanger au signal lumineux d'entrée dans le mélangeur optique afin d'obtenir un signal FI variant selon la même loi que la fréquence, la phase et l'amplitude du signal lumineux.

La technologie de communication optique cohérente est largement utilisée, en particulier pour la communication par fibre optique à longueur d'onde ultra-longue (2 ~ 10 μm), la communication optique cohérente est la plus attrayante. Avec le développement de la technologie de communication par fibre optique, l'utilisation de la fibre optique à ultra-longue longueur d'onde pour réaliser une communication à ultra-longue distance est l'une des directions importantes de la communication par fibre optique à l'avenir.

 

2. Cohérent et non-communication optique cohérente

La communication optique cohérente comprend les quatre technologies clés suivantes :

• Multiplexage de polarisation et modulation d'ordre élevé : en utilisant les caractéristiques de polarisation orthogonale et les informations de phase de la lumière, le signal d'origine est divisé en deux plusieurs fois, ce qui peut réduire considérablement le taux de traitement de la couche électrique.
• Technologie de réception cohérente : en utilisant le laser oscillateur local avec la même fréquence et la même phase pour assurer la cohérence avec le signal optique reçu, les informations d'amplitude, de phase et d'état de polarisation peuvent être récupérées à partir du signal reçu.

• Technologie de traitement numérique du signal (DSP) : résout la distorsion du signal et le retard causé par la dispersion au niveau du signal électrique via DSP, et compense PMD et CD, ce qui peut grandement améliorer la tolérance de PMD et CD.
• Algorithme FEC haute performance : l'utilisation du codage de correction d'erreurs sans voie de retour FEC peut améliorer la tolérance OSNR du système. Différents types de FEC et différents taux de surdébit peuvent être conçus pour différents débits, types de code et exigences de performances de transmission.

En général, on peut voir que les communications optiques cohérentes et non cohérentes ont leurs propres avantages et inconvénients et conviennent à différents scénarios d'application. La communication optique non cohérente est principalement utilisée dans la transmission de ligne 2.5G et 10G, la transmission de ligne 40G précoce et la transmission métropolitaine 100G à plusieurs sous-longueurs d'onde. La communication optique cohérente est principalement utilisée pour la transmission de ligne 100G, la transmission de ligne ultra-100G et la transmission optique ultra-longue distance. 

 

3. Qu'est-ce qu'un émetteur-récepteur ?

L'émetteur-récepteur cohérent est un produit direct de communication optique cohérente La technologie. Ce qui suit présentera quatre types de modules optiques cohérents apparus sur le marché : CFP-DCO, CFP2-DCO, OSFP-DCO et QSFP-DD DCO.

Au début, l'émetteur-récepteur cohérent était conditionné dans un facteur de forme CFP. CFP MSA fournit une largeur de boîtier de 82 mm et une consommation électrique inférieure à 24 W, ce qui est suffisant pour mettre les trois éléments optiques requis (laser, modulateur, ICR) et DSP dans CFP pour former un émetteur-récepteur cohérent complet. Cet émetteur-récepteur est appelé « DCO », ce qui signifie « Digital Coherent Optics ». Le CFP-DCO peut être inséré dans n'importe quel emplacement conçu pour le CFP et communiquer avec des signaux numériques via le port optique. Par conséquent, les commutateurs ou les routeurs équipés d'emplacements CFP peuvent accueillir des CFPS client à courte portée ou des émetteurs-récepteurs CFP-DCO cohérents à longue portée dans n'importe quel emplacement.

Cependant, la faible consommation d'énergie, le petit boîtier, la grande capacité et le faible coût sont les objectifs permanents de l'industrie des communications optiques. Par conséquent, le CFP MSA doit inévitablement suivre la taille du CFP2. La largeur standard du CFP2 est de 41.5 mm et permet initialement une consommation d'énergie de 12 W. Comme le montre le tableau suivant, par rapport au CFP-DCO, les performances du CFP2-DCO sont considérablement améliorées. Le module CFP2-DCO peut répondre aux besoins des réseaux métropolitains et d'accès, tandis que les économies d'énergie et de densité du CFP2-DCO offrent une valeur considérable en termes de coût total de possession (TCO).

 

	Consommation d'énergie	Taux de transfert maximum	Capacité de transmission longue distance 200G	Capacité de transmission du réseau métropolitain 400G	Consommation d'énergie électrique pour 100G
CFP-DCO	32	200	oui	oui	0.16
CFP2-DCO	24	400	oui	oui	0.06

 

Dans les limites de puissance de CFP2, les applications CFP2-DCO peuvent également être étendues à :

• Transmission ultra longue distance CFP2-200G-DCO : rapport signal sur bruit optique (OSNR) inférieur à 14dB et techniques de compensation de dispersion pour une transmission sur 2000 km.
• Transmission réseau métro CFP2-400G-DCO : jusqu'à 800km voire 1000km, selon la qualité de la liaison fibre et le tronçon EDFA.

Ces dernières années, en plus des modes de conditionnement CFP et CFP2, des émetteurs-récepteurs cohérents ont émergé à un rythme plus élevé et des normes de conditionnement plus petites telles que OSFP-DCO et QSFP-DD DCO.  

OSFP-DCO : L'émetteur-récepteur cohérent Octal Small Form-factor Pluggable (OSFP) est conçu sur la base de la modulation par déplacement de phase en quadrature à double polarisation (DP-QPSK) ou de la modulation d'amplitude en quadrature à double polarisation (DP-16QAM) ou de la modulation d'amplitude en quadrature de mise en forme de constellation probabiliste (PCS- 16QAM), prenant en charge la bande C étendue, la détection cohérente de diversité de polarisation et l'égalisation de liaison électronique avancée. La famille de produits prend en charge des vitesses de transmission de 100/400 Gbit/s dans un format OSFP enfichable standard de l'industrie avec DSP de 7 nm et peut être largement utilisée dans les applications d'opérateur métropolitain, d'accès et Cloud/DCI. Parmi eux, l'émetteur-récepteur cohérent OSFP-400G-DCO peut atteindre une distance de transmission de 120 km et il peut réaliser une interconnexion de centre de données ultra longue distance (DCI). 

DCO QSFP-DD： Comparé aux modules optiques en boîtier OSFP, le QSFP-DD est plus petit, consomme moins d'énergie et est plus flexible. QSFP-DD DCO prend également en charge la transmission 100G et 400G, mais il est en fait plus couramment utilisé sur le marché 400G. Les deux derniers émetteurs-récepteurs cohérents de ce package sont 400G ZR et 400G ZR+. Pour connaître ces deux types d'émetteurs-récepteurs, dans un premier temps, l'Optical Internet Working Forum (OIF) a créé la norme 400ZR. La spécification 400ZR a été l'un des premiers efforts pour définir une interface cohérente 400G interopérable. 400ZR est ciblé vers le bord et la portée relativement courte, jusqu'à 120 km d'applications DCI. Le module 400G ZR dans un facteur de forme DD-QSFP est conçu pour être utilisé par les opérateurs de centres de données à grande échelle et les réseaux d'appairage afin de fournir des interconnexions à large bande passante dans une empreinte interopérable aux normes de l'industrie. Capable de transmettre 400 Go/s sur 120 km. Et pour 400ZR+, c'est la combinaison de deux efforts de normalisation (OIF et OpenROADM) qui permet des modules enfichables hautes performances qui offrent une interopérabilité multi-fournisseurs.

 

Spécification	Data Rate	Type de modulation	Portée cible
OIF 400ZR	400G	DP-16QAM	120km
OpenZR +	400G	DP-16QAM	1400km
	300G	DP-8QAM	2500km
	200G	DP-QPSK	3000km
	100G	DP-QPSK	8000km

 

Comparez ces deux types, généralement, la norme OIF 400ZR est principalement un type de modulation unique et un débit de ligne (400G) pour les applications métropolitaines point à point, tandis que 400ZR + se concentre sur des spécifications optiques plus performantes, qui peuvent réaliser un débit de ligne flexible 100G-400G et chemin optique plus long. Par conséquent, le module optique 400G ZR+ peut non seulement prendre en charge le débit 400G, mais également être appliqué de manière flexible au débit de ligne 100G/200G/300G. Sa base est d'utiliser la nouvelle structure de cadre de la correction d'erreurs directe OpenFEC (oFEC) et un ensemble de spécifications de ligne optique 100G-400G. Grâce à la fibre SMF-28 standard (EDFA uniquement), dans l'hypothèse d'un réseau idéal, les performances sont estimées à 480 km en mode 400G.

Bien que les interfaces 400ZR soient disponibles pour DCO QSFP-DD, OSFP et modules optiques cohérents CFP2-DCO. Cependant, pour les applications 400ZR, les modules optiques sous la forme du boîtier QSFP-DD devraient être plus populaires car le QSFP-DD est moins cher et a un encombrement réduit par rapport à plusieurs autres types de boîtiers. Par conséquent, les modules optiques QSFP-DD 400G DCO seront plus prometteurs à l'avenir pour les applications de communication optique cohérente 400G.

 

Résumé

L'augmentation des exigences de capacité dans les applications DCI et cloud basées sur le métro stimule la demande de l'industrie pour des modules cohérents interopérables et enfichables qui promettent une meilleure rentabilité et des avantages opérationnels, ainsi que la possibilité de mélanger et d'associer des modules de différents fournisseurs. Une gamme de nouveaux modules optiques cohérents, notamment CFP-DCO, CFP2-DCO, OSFP-DCO et QSFP-DD DCO, a été développée pour répondre à ces nouvelles applications. FiberMall peut fournir aux clients tous ces types de modules optiques cohérents qui peuvent être largement utilisés dans les applications d'opérateur métropolitain, d'accès et Cloud/DCI.