データセンターにおけるコヒーレント光技術の応用

コヒーレント光技術の研究は 1980 年代に始まりました。 従来のIM-DDシステム（強度変調直接検出）と比較して、コヒーレント光通信は、高感度、長い中継距離、優れた選択性、大きな通信容量、および柔軟な変調モードという利点を持っています。 インターネット データ センターでは、技術的な焦点が DCN から DCI 開発にますます移行しており、国家的な「東から西へのチャネル コンピューティング リソース」戦略の実施は、データ センターの長距離相互接続ネットワークがより高度になることも意味します。重要。 したがって、コヒーレント光技術がこのプロセスにおける重要なリンクとなります。

変調技術

光通信のプロセスは、実際には信号の変調と復調です。 コヒーレント光通信をより明確に理解していただくために、XNUMX つの位相関連変調方式を紹介します。

PSK変調

「位相シフト キーイング」としても知られる PSK は、搬送波の位相値を変更することでさまざまなデジタル信号ストリームを送信します。 PSK 変調は光通信で広く使用されています。

PSKは1つの異なるキャリアの位相関係に応じてBPSK（逆相）とQPSK（直交）に分けられ、それぞれ2シンボルあたりXNUMXビットとXNUMXビットのデータを表現できます。

QAM変調

上記の変調方式に加えて、光通信では QAM (直交振幅) 変調もよく使用されます。つまり、搬送波の位相と振幅の両方を使用してデータを送信します。 象限には m 個の点があり、mQAM 変調に対応します (m=2ⁿ)。これは、mQAM 変調では XNUMX つのキャリア シンボルが n ビットのデータを送信することを意味します。これは、よく言及されるコンスタレーション ダイアグラムの概念でもあります。

これらの変調方式のうち、実際のビジネス シナリオでは、単一チャネルの伝送容量を増やしたり、信号のボー レートを下げたりするために、他のテクノロジを追加することがよくあります。たとえば、一般的な PDM (偏波多重) テクノロジは、光信号を 2 つの偏波方向に分割します。個別に変調し、XNUMX 倍のデータを送信します。 PSK 変調と QAM 変調はどちらも搬送波の位相を使用して情報を伝達するため、受信側ではコヒーレントな復調が必要です。

コヒーレント復調

コヒーレンスは光学における現象です。強い場所は常に強く、弱い場所は常に弱く、コヒーレント光とは、光源と同じ周波数（ここではゼロ差検出を例にしています）、一定の位相差、重ね合わせ点での粒子振動の方向は同じです。 コヒーレント光通信の一般的なプロセスは次のとおりです。

ベースバンド信号は送信機で変調され、ファイバを介して送信された後、受信機でコヒーレント復調され、最終的に受信機で元の電気信号が取得されます。 このプロセスには、大きな役割を果たすデジタル シグナル プロセッサ (DSP) など、多くのキー デバイスが存在します。これについても後で紹介します。 プロセス全体における信号の変化は次のとおりです。

上記の情報を通じて、コヒーレント光通信の基本を理解する必要があります。 コヒーレント伝送の誕生は、光伝送ネットワークの発展を変えました。 電子 デジタル シグナル プロセッサ (DSP) これによって導入された WDM は、大都市圏および長距離 WDM ネットワークの容量を増加させる重要な推進要因となっています。 コヒーレント光技術は、長距離・大容量光伝送の基礎と言えます。

400GZR

コヒーレント光技術は新しい技術ではなく、長年の技術蓄積を経てきました。 初期のコヒーレント光トランシーバ システムは通信機器のライン カードに統合されましたが、技術がさらに成熟し、精密デバイスを制御できるようになり、光通信帯域幅の需要が高まるにつれて、プラガブル コヒーレント光モジュールの研究が徐々に本格化していきました。アジェンダ。 これは特にインターネット業界に当てはまります。 同じ機器システムに基づいて、プラグ可能な光モジュールはさまざまなビジネス ニーズに対応できます。 プラガブル光モジュールは常にインターネット データ センターの開発において重要な部分を占めてきたと言えます。 プラガブル コヒーレント光モジュールは 100G/200G レートでスケールアップされてきましたが、実際には 400G レートで急成長を遂げました。

OIF (光インターネットワーキング フォーラム) は、大都市圏ネットワーク相互接続シナリオ向けの 400G ZR DCO 業界標準を発表し、ますます多くの機器メーカーや光モジュール メーカーがこの標準を採用し、異種相互接続と相互運用性を実現し始めました。

OIF 400G ZR仕様は、高密度波長分割多重（DWDM）とDP-16QAMを組み合わせたソリューションを採用しており、400～80kmのデータセンター相互接続リンクで120Gを送信できます（純粋なベアファイバは40kmまで、光アンプは120kmに到達可能）。 この規格には、QSFP-DD、OSFP、CFP2 という 400 つの適用可能な MSA パッケージング規格があります。 インターネット データ センターでは、最も一般的に使用されているのは QSFP-DD パッケージング標準です。 OIF XNUMXG ZR は DCO (デジタル コヒーレント光) モジュールを定義しており、その前には ACO (アナログ コヒーレント光) モジュールもあったことに注意してください。 XNUMX つの主な違いは次のとおりです。

図からわかるように、DCO モジュールと ACO モジュールの主な違いは、DCO が DSP チップを光デバイスに直接統合し、モジュールとホスト システムの間でデジタル通信を使用することです。 この利点は、異種スイッチ/ルーター ベンダー間の通信を実現できることです。

デジタル信号プロセッサ (DSP)

DSP チップは、DCO モジュールの一部として非常に重要です。 DSPはどのようにして誕生したのでしょうか？ 簡単に言えば、光信号は長距離伝送すると歪みやすく、受信側でデータを正確に復元することが困難になります。 ただし、デジタル信号は光信号よりも処理が容易で、歪みを打ち消して補償できるため、システムのビット誤り率に対する歪みの影響を軽減できます。 DSP の出現は光通信のデジタル時代を切り開いたと言ってもよく、DSP はコヒーレント光通信の重要なサポートです。 DCO モジュールにおける DSP の役割を図で見てみましょう。

図に示すように、茶色と赤色の背景を持つ機能モジュールはすべて DSP チップに搭載されています。 DSP のコア機能のいくつかを要約します。

1. IQ 直交: 変調器、ミキサーによって引き起こされる IQ 非直交を補正します。
2. クロックリカバリ: サンプリングエラーを補正
3. 分散補償
4. 偏波等化: 偏波関連の障害を補償し、偏波多重化を解除します。
5. 周波数推定: 送信機と受信機間の搬送周波数オフセット推定と補正
6. 位相推定: キャリア位相ノイズの推定と補償
7. 判定出力: 軟/硬判定、チャネルデコーディング、ソースデコーディング、ビット誤り率推定

DSPは機能が多すぎるため、初期のDSPはサイズが大きく、消費電力が大きいという問題もありました。 したがって、DSP チップ周辺の技術進歩も常に調査されています。

• 現段階では、ほとんどの DSP は 7nm プロセスであり、DCO モジュールの主なパッケージ形式は QSFP-DD、OSFP、CFP2 で、レートは 400G/200G l です。
• 2022～2025年の段階では5nmプロセスのDSPが発売され、目標レートは1.6T/800Gとなる

インターネット業界では、400G DCO がコヒーレント光の大規模アプリケーションの典型的なシナリオとなります。 400G分野のリーダーとして、H3Cは当然、コヒーレント光学系の構築を積極的に推進することになる。 実際、すぐに 400GZR の誕生に伴い、H3C は業界トップの DCO メーカーと共同テストを実施し、IPoverDWDM ソリューションを開始しました。

このソリューションは、400G ZR/OpenZR+ QSFP-DD コヒーレント光モジュールを H3C スイッチ 12500R に直接挿入し、光レイヤ伝送による DCI の IPoverDWDM 伝送を実現します。 このソリューションの提供開始により、データセンター相互接続におけるネットワークの複雑性の軽減、伝送システムの信頼性の向上、大容量伝送の実現、システムの消費電力とコストの削減に貢献します。

DCIソリューションの適用事例

会社名：代理店        

場所: フランス

商品年: 2022 年 XNUMX 月

アプリケーション: データセンター

背景: この場合の顧客は販売代理店です。 彼らはクライアントがフランスにある 80 km の隣接する 100 つのデータセンターの既存ネットワークを拡張するのを支援していましたが、利用できなかった未使用の波長はわずか数個だけでした。 当時のエンドユーザー サービスは 10G と 10G でしたが、将来的には複数の 100G、400G、および XNUMXG ハイブリッド伝送が登場する予定です。

写真はアプリケーションサイトよりお客様よりご提供いただきました

ソリューション: FiberMall の R&D チームは、FM-2 DCI に適合する 28*10G+200*200G (または 1*100G) から 10*10G CFP2-DCO への変換をサポートできる 100Q1-200SFP-2G 3200G マックスポンダーを独自に開発しました。 8 サービス スロットを備えた 2 8U プラットフォームは、限られた波長を最大限に活用して、顧客のニーズと将来の拡張計画に完全に対応します。

会社名：システムインテグレーター        

場所: オランダ

商品年: 2022 年 XNUMX 月

アプリケーション: クラウド コンピューティング

背景: このケースの顧客は、ヨーロッパのローカル ユーザー向けのさまざまなインターネット ソリューションを専門とするシステム インテグレーターです。 彼らは、オランダのクラウド コンピューティング会社によってリースされ、光レイヤーが導入されたばかりの 350 km のファイバーに対応する、高度に統合された比較的低コストの OTN ソリューションを探していました。 当時のエンドユーザー サービスは 4x100GE サービスであり、さらに 100G/400G の拡張が予定されています。

写真はアプリケーションサイトよりお客様よりご提供いただきました

ソリューション: FiberMall の技術チームは顧客の要求を十分に考慮し、FM-4 DCI-28 2U プラットフォームのクライアント側変換で 400*400G または 1*400G をサポートする 4Q100-CFP3200-8G 2G マックスポンダーを使用した電気層を使用して、機器スペースを最小限に抑えました。オンデマンドで展開し、さらなる投資を節約します。

会社名：再販業者       

場所: ベトナム

商品年: 2023 年 XNUMX 月

アプリケーション: ISP

解決策: FiberMall の R&D チームは 2 台の PC を構成しました 4Q28-2CFP2-200G 200G マックスポンダは、4*100G から 2*200G CFP2-DCO への変換をサポートし、1600x 光回線保護カードと 4x 拡張用スロットを備えた FM-1 DCI-1 1U プラットフォームに適合し、従来の FM-3200 II 2U シャーシが装備されています保護を強化するためにデュアルMuxDemuxと光アンプを備えています。

光チャネル保護: 200 つの XNUMXG サービスは、OLP モジュールを介して XNUMX つの同一のサービスに分割され、それぞれ、Mux および Demux のメイン ルーティングとバックアップ ルーティングに分割され、反対側に送信されました。 メインルーティングとバックアップルーティングの XNUMX つのサービスを同じ回線上に作成できます。 メインとバックアップのXNUMXつのサービスを別のルーティングにすることもできます。

写真はアプリケーションサイトよりお客様よりご提供いただきました

回路図

会社名：代理店        

場所：アメリカ

アイテム年: 2023 年 XNUMX 月

アプリケーション: ISP

背景: この場合の顧客はディストリビュータであり、最終ユーザーはすでに光レイヤーを構築しており、元のネットワーク上で新しい 16x100G サービスを拡張する必要があります。

解決策: FiberMall の R&D チームが独自に開発した 4Q28-CFP2-400G 400G マックスポンダは、4*100G (または 1*400G) から 1*400G CFP2-DCO への変換をサポートし、1600 つのサービス スロットを備えた FM-4 DCI-1 4U プラットフォームに適合し、シャーシのスペースを最大限に活用し、顧客を節約します。費用がかかります。

写真は工場よりご提供いただきました