Diferentes tecnologias do sistema 100G DWDM

O desenvolvimento contínuo de serviços de média e alta velocidade em redes de comunicação apresentou requisitos maiores e mais urgentes para a largura de banda de transmissão de interconexão de data center (DCI) existente e redes de comunicação de área metropolitana. A evolução da tecnologia de transmissão óptica convencional de 10/40 Gbps para 100 Gb/s tornou-se a tendência da tecnologia de transmissão óptica. A FiberMall concluiu após um grande número de estudos que a tecnologia QSFP28 PAM4 pode ser usada para transmissão 100G DWDM dentro de 100km, e os métodos de transmissão óptica 100G de modulação de fase e recepção coerente são necessários para transmissão 100G DWDM acima de 100km.

Entre eles, o sistema de transmissão PM-QPSK usando tecnologia de recepção coerente é o mais reconhecido pela indústria. Vários comprometimentos no canal, como dispersão cromática, PMD, frequência portadora e deslocamento de fase, podem ser compensados ​​de forma flexível no domínio elétrico e reconfigurados em sinais pelo receptor do sistema PM-QPSK usando tecnologia de processamento de sinal digital (DSP). Portanto, o PM-QPSK combinado com detecção coerente fornece a solução ideal, que é escolhida pela maioria dos fornecedores de sistemas como o esquema de transmissão de longa distância 100G.

A tecnologia DWDM evoluiu para taxas de modulação cada vez mais altas, incluindo 1.25G NRZ, 2.5G NRZ, 10G NRZ e 25G NRZ. Tanto o 50G PAM4 quanto o 100G PAM4 usam modulação de alta ordem PAM4, assim como a tecnologia de modulação coerente DWDM atualmente competitiva, principalmente para 200G e 400G, bem como futuros serviços de alta largura de banda de 800G.

O módulo óptico 100G DWDM QSFP28 PAM4 conecta-se diretamente a um roteador ou switch de data center apropriado, sem a necessidade de uma plataforma conversora DWDM separada, o que reduz significativamente os custos e simplifica a implantação e a manutenção. Além disso, com módulos de compensação de dispersão (DCMs) e sistemas de amplificação EDFA apropriados, os módulos PAM4 podem ser adicionados a redes DWDM existentes para transmissão híbrida.

As formas de produto de próxima geração são baseadas na modulação de alta ordem PAM4: 50G (1X50G PAM4), 100G (2X50G PAM4) e 100G (1x100G PAM4).

50G（1X50G PAM4）Solução

Os módulos ópticos que usam soluções de 50G (1X50G PAM4) incluem módulos ópticos SFP50 DWDM de 56G (banda C, espaçamento de comprimento de onda de 50Ghz). O produto adota o formato SFP56, que é do mesmo tamanho que SFP+ e pode ser atualizado diretamente para 50G sem alterar a arquitetura de implantação original.

O módulo óptico 50G SFP56 DWDM adota modulação 50G PAM4 no lado da porta óptica e no lado da porta elétrica e usa um laser DWDM EML na extremidade de transmissão. Com o suporte de compensação de dispersão DCM e EDFA, ele pode atender aos requisitos de pelo menos 80 km de distância de transmissão. A largura de banda total de uma única fibra suporta 96 ondas x50G=4800G, e sua forma de produto com temperatura de nível industrial pode atender às necessidades de sistemas front-haul 5G.

Figura 1: Diagrama esquemático do módulo óptico 50G SFP56 DWDM

100G（2X50G PAM4）Solução

O módulo óptico usando uma solução 100G (2X50G PAM4) inclui 100G QSFP28 DWDM (banda C, intervalo de comprimento de onda de 50 GHz). Geralmente é chamado de 100G PAM4 QSFP28 na indústria, e sua porta óptica transporta serviço 100GE por 2 comprimentos de onda 50G DWDM diferentes. O lado da porta elétrica adota 4X25G NRZ, enquanto o lado da porta óptica tem duas soluções: interfaces CS e LC. A interface CS adota 4 fibras ópticas, 2 entradas e 2 saídas. O esquema de interface LC duplex adota a tecnologia WDM e 2 fibras ópticas podem fazer a transmissão. Com o suporte de compensação de dispersão DCM e EDFA, ele pode atender aos requisitos de pelo menos 80km de distância de transmissão, e a largura de banda total de uma única fibra suporta 96 ondas x50G=4800G.

Figura 2: Diagrama esquemático do módulo óptico 100G QSFP28 DWDM (interface CS)

Figura 3: Diagrama esquemático do módulo óptico 100G QSFP28 DWDM (interface LC)

100G（1x100G PAM4）Solução

Módulos ópticos usando 100G (1x100G) incluem 100G QSFP28 DWDM (banda C, 100GHZ). Este produto é realizado principalmente pela fonte de luz DWDM + tecnologia de modulação de luz de silício. Com o suporte de DCM+EDFA, pode atender a 80km de transmissão, e a largura de banda total de uma única fibra suporta 48 ondas x100G=4800G.

Figura 4: Diagrama esquemático do módulo óptico 100G QSFP28 DWDM

Com suas vantagens, os módulos ópticos PAM4 DWDM são geralmente usados ​​na construção de 100G e 400G, como DCI ponto a ponto, acesso metro Ethernet 100G baseado em DWDM, links corporativos e de campus, arquitetura de acesso móvel 5G, etc. Para data center DCI 80km~120km, tecnologia 50G/100G DWDM baseada em modulação PAM4 de alta ordem pode competir com 200GTecnologia /100G DWDM para participação de mercado a baixo custo. Conforme mostrado na tabela abaixo:

Unid	Solução DWDM 50G PAM4 de onda dupla	Solução PAM100 4G de onda única	Solução Coerente DP-QPSK
Consumo de energia	Sobre o 5.5W	Sobre o 5.5W	Acima de 20 W
Fator de forma	QSFP28	QSFP28	CFP2/CFP
Espaço de frequência DWDM	50GHz	100GHz	50GHz
O EDFA é necessário?	SIM	SIM	SIM
Compensação de dispersão do DCM	SIM	SIM	NÃO
Tolerância RX OSNR	Muito baixo, até 2 EDFAs em cascata	Muito baixo, até 2 EDFAs em cascata	Alto, N EDFAs podem ser em cascata
Largura de banda total típica	96X50G	48X100G	96X100G
Se a transmissão de fibra única/fibra dupla pode ser alcançada	fácil	fácil	Muito difícil e requer duas fontes de luz ITLA diferentes.
A distância de transmissão	80km~120km	80km~100km	Muito mais de 80km

Tabela 1: Sistema 50G PAM4 DWDM VS Sistema 100G PAM4 DWDM VS sistema coerente 100G DWDM

100G DWDM DCO QSFP28 Solução

O MVP da 100G DWDM DCO QSFP28 O módulo óptico está em conformidade com o padrão SFF-8636 (QSFP28 MSA), garantindo compatibilidade com switches que suportam portas QSFP28. Ele integra Óptica Coerente Digital (DCO) com um Processador de Sinal Digital (DSP) integrado, permitindo formatos de modulação coerente como QPSK, tornando-o adequado para transmissão DWDM de longa distância. Para distâncias dentro de 40 km, não é necessário EDFA (Amplificador de Fibra Dopada com Érbio) — apenas componentes DWDM passivos como Mux/Demux são necessários. Para links de 80 km e 120 km, EDFAs são necessários: um Amplificador Boost no transmissor e um Pré-Amplificador no receptor para compensar a atenuação do sinal. O DSP também lida com a compensação de dispersão cromática internamente, eliminando a necessidade de DCM (Módulo de Compensação de Dispersão) ou TDCM (DCM Ajustável) externos.

O módulo é compatível com switches Ethernet 100G convencionais, como Cisco Nexus, Arista 7050X, Juniper QFX e Edgecore, sem dependência de fornecedor, desde que o switch suporte o padrão SFF-8636. Ele suporta redes DWDM ITU padrão (por exemplo, banda C, espaçamento de 50 GHz ou 100 GHz), tornando-o adequado para redes DWDM ponto a ponto ou multi-span. Aplicações típicas incluem interconexão de data centers (DCI), redes de área metropolitana (MAN) e transmissão de longa distância. Em clusters de IA/HPC, ele suporta conexões de alta largura de banda e baixa latência.

Comparação com 100G (2x50G PAM4) DWDM QSFP28 e 100G Single Wave PAM4 DWDM QSFP28

Característica	100G DWDM DCO QSFP28	100G (2x50G PAM4) DWDM QSFP28	100G Onda Única PAM4 DWDM QSFP28
Modulação	Coerente (por exemplo, DP-QPSK)	2x50G PAM4 (não coerente)	PAM4 de comprimento de onda único (não coerente)
Comprimento de onda/canal	Comprimento de onda único (grade DWDM ITU)	Comprimento de onda duplo (2x50G)	Comprimento de onda único (100 Gbps)
Compensação de Dispersão	Integrado com DSP, sem necessidade de DCM/TDCM	Requer DCM/TDCM externo	Requer DCM/TDCM externo
Distância de transmissão (sem EDFA)	≤40km (DWDM passivo)	≤40km (dependente do módulo)	≤40km (dependente do módulo)
Requisito EDFA	80km/120km precisa de Boost + Pré-Amplificador	Pode exigir EDFA >40km	Pode exigir EDFA >40km
Consumo de energia	Mais alto (~4.5–5W devido ao DSP)	Inferior (~3.5–4W)	Mais baixo (~3–3.5 W)
Complexidade/Custo	Alto (integração DSP)	Médio (requer DCM/TDCM)	Inferior (design mais simples)
Caso de uso típico	DCI de longa distância, MAN	DCI médio-curto	Links DCI curtos ou de alta densidade

Diferenças Chaves

O módulo DCO QSFP28 utiliza modulação coerente (por exemplo, DP-QPSK) e processamento de sinal baseado em DSP, oferecendo tolerância superior à dispersão e desempenho em longas distâncias, ideal para enlaces de 80 a 120 km. Em contrapartida, o módulo 2x50G PAM4 utiliza modulação PAM4 de comprimento de onda duplo e requer DCM/TDCM externo para compensação de dispersão, tornando-o adequado para aplicações de médio alcance. O módulo PAM4 de Onda Única, com seu design simples e menor consumo de energia, é ideal para implantações de curto alcance ou alta densidade, embora tenha tolerância limitada à dispersão.

Embora todos os três módulos possam operar sem EDFAs por distâncias de até 40 km usando componentes DWDM passivos, distâncias maiores (80–120 km) exigem EDFAs. O módulo DCO precisa explicitamente de Boost e pré-amplificadores, enquanto os módulos PAM4 também podem exigir amplificação, dependendo de seu orçamento óptico e perda de link.

Em termos de potência e custo, o módulo DCO consome mais energia (~4.5–5 W) devido ao seu DSP, mas oferece melhor desempenho. Os módulos PAM4 são mais eficientes em termos de energia (3–4 W) e econômicos, mas podem incorrer em custos adicionais de sistema devido à necessidade de DCM/TDCM.

Uso em switches Ethernet 100G

O módulo DCO QSFP100 DWDM 28G é compatível com switches que suportam portas QSFP28 e o padrão SFF-8636, como Cisco Nexus 9300, Arista 7050X, Juniper QFX5200 e Edgecore AS7712-32X. A compatibilidade depende do suporte de firmware e da configuração da porta. Por exemplo, o Cisco Nexus 9300 requer o NX-OS versão 7.x ou posterior para suportar módulos DCO DWDM. A Cisco normalmente não exige licenças adicionais para uso básico, mas recursos avançados como IPoDWDM ou TXP/MXP podem exigir licenças Advantage ou Premier. A Arista e a Juniper geralmente não exigem licenças especiais, mas podem precisar da confirmação do suporte a DCO em seus NOS (por exemplo, SONiC).

Para enlaces ≤40 km, é possível usar DWDM Mux/Demux passivo (por exemplo, 8/16/40 canais) sem EDFAs. Para 80 km ou 120 km, um amplificador de reforço no transmissor e um pré-amplificador no receptor são necessários para manter a integridade do sinal.

Recomendações práticas de implantação

O módulo DCO QSFP28 é ideal para transmissão de longa distância (40–120 km), como cenários DCI ou MAN, onde se deseja um projeto de sistema simplificado e alta confiabilidade. Seu DSP oferece excelente dispersão e tolerância a ruído. Em contrapartida, os módulos 2x50G e Single Wave PAM4 são mais adequados para implantações de curta distância (≤40 km) ou com custo reduzido. Esses módulos são adequados para redes com infraestrutura DWDM existente e podem tolerar a complexidade adicional de DCM/TDCM. O Single Wave PAM4 é especialmente adequado para conexões de alta densidade e curto alcance em data centers.

Em ambientes de IA/HPC, os módulos DCO QSFP28 são usados ​​para interconexões de baixa latência e alta largura de banda entre data centers, frequentemente em conjunto com DPUs como NVIDIA BlueField para aprimorar o desempenho da rede. Os módulos PAM4 são mais adequados para arquiteturas spine-leaf econômicas em data centers.

O módulo 100G DWDM DCO QSFP28 adere ao padrão SFF-8636, é compatível com switches 100G convencionais e possui DSP integrado para compensação de dispersão. Não requer EDFA para ≤40 km e utiliza Boost + Pré-Amplificador para 80–120 km, tornando-o ideal para DCI de longa distância. Módulos baseados em PAM4, embora tenham menor custo e consumo de energia, requerem DCM/TDCM externo e são mais adequados para aplicações de curta distância ou alta densidade. A compatibilidade com switches como Cisco, Arista e Juniper é geralmente forte, embora os requisitos de firmware e licenciamento devam ser verificados.

Tecnologias Críticas do Esquema DP-QPSK Coerente de 100G

Multiplexação de Polarização com Chaveamento de Deslocamento de Fase em Quadratura (PM-QPSK)

QPSK é um método de modulação de banda de frequência digital multivariada (quaternária). A portadora senoidal de seu sinal tem 4 possíveis estados de fase discretos, e cada fase portadora carrega 2 símbolos binários. O PM-QPSK divide um único sinal de 100G em dois sinais de portadora de 50G com diferentes estados de polarização e executa a modulação QPSK em cada portadora. Portanto, esse método pode reduzir a taxa de transmissão do canal pela metade. Ao mesmo tempo, como cada estado de polarização pode usar 4 fases para representar informações de bits, é possível reduzir a taxa de transmissão do canal para metade. Consequentemente, após a codificação PM-QPSK, a taxa de transmissão pode ser reduzida para um quarto da taxa de bits.

O seguinte é um diagrama esquemático do método de codificação PM-QPSK:

Figura 5: Diagrama esquemático da codificação PM-QPSK

SD-FEC

A tecnologia FEC é amplamente utilizada em sistemas de comunicação óptica. Diferentes FECs podem obter diferentes desempenhos do sistema. De acordo com os diferentes métodos de processamento dos sinais recebidos, o FEC pode ser dividido em códigos hard e soft-decision.

O código de decisão difícil é um método de decodificação baseado no ponto de vista de código de correção de erros tradicional. O demodulador primeiro toma a melhor decisão difícil sobre o valor de saída do canal. A redundância FEC da decisão difícil é de cerca de 7%, o que tem sido amplamente utilizado no campo da comunicação óptica.

A decodificação de decisão suave faz pleno uso da saída de informações da forma de onda pelo canal. O demodulador envia uma saída de valor real do filtro combinado para o decodificador, ou seja, o decodificador de decisão suave precisa não apenas de fluxos de código "0/1", mas também de "informações suaves" para descrever a confiabilidade desses fluxos de código. Quanto mais longe do limiar de decisão, maior a confiabilidade da decisão, caso contrário, menor a confiabilidade.

Para refletir o grau de distância, é necessário dividir o espaço de julgamento com mais precisão. Além de dividir o limiar “0/1”, os espaços “0” e “1” também são divididos pelo “limiar de confiança” para ilustrar a posição relativa do ponto de decisão no espaço de decisão. Em comparação com a decisão difícil, a decisão suave contém mais informações sobre o canal. O decodificador pode fazer uso total dessas informações por meio de decodificação probabilística, para obter maior ganho de codificação do que a decodificação de decisão difícil.

A OIF recomenda que o 100G escolha a codificação de correção de erro de encaminhamento de decisão suave (SD-FEC) com redundância inferior a 20%. Nesse caso, o ganho líquido de codificação pode atingir cerca de 10.5 dB. O uso da tecnologia SD-FEC 100G pode atingir o mesmo nível de distância de transmissão que 10G.

Tecnologia coerente

Coerência refere-se a um mecanismo de demodulação no qual as ondas têm a mesma quantidade de vibração, a mesma direção e frequência de vibração e uma relação de fase fixa. É um método de detecção em que a portadora do sinal modulado é multiplicada pelo sinal modulado recebido, e então o sinal modulado é obtido por filtragem passa-baixa.

A detecção coerente detecta sinais sem fio ópticos modulados em intensidade, fase e frequência. O sinal óptico é misturado com o laser oscilador local (LO) na extremidade receptora antes de entrar no receptor óptico, resultando em uma componente de frequência intermediária igual à diferença entre a frequência do laser LO e a frequência da fonte de luz original.

Em comparação com a detecção direta, a detecção coerente é propensa a obter uma grande relação sinal-ruído. Possui mais tipos de sinais recuperáveis ​​e melhor seletividade de frequência, o que é mais adequado para sistemas DWDM. O receptor coerente digital mapeia todas as propriedades ópticas do sinal óptico para o domínio elétrico através da diversidade de fase e diversidade de polarização. Ele também usa tecnologia DSP madura para obter desmultiplexação de polarização e compensação de danos de linearidade de canal no domínio elétrico. Tudo isso simplifica a compensação de dispersão óptica e o projeto de desmultiplexação de polarização no canal de transmissão para reduzir e eliminar a dependência de compensadores de dispersão óptica e fibras PMD baixas.

No entanto, o receptor coerente digital transfere a complexidade do projeto do canal de transmissão para o receptor. O custo de obter melhores propriedades de detecção em detecção coerente é que a complexidade do sistema é muito aumentada e falta flexibilidade.

Aprimorando redes DWDM com módulos coerentes 100G

A adoção de módulos coerentes 100G revolucionou os sistemas de Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda Densa (DWDM), permitindo transmissão óptica de alta capacidade e longa distância para atender às demandas das redes modernas. Esses módulos utilizam técnicas avançadas de modulação, como o Polarization-Multiplexed Quadrature Phase-Shift Keying (PM-QPSK), combinados com detecção coerente e processamento digital de sinais (DSP) para oferecer desempenho robusto. Ao compensar deficiências como dispersão cromática e dispersão do modo de polarização (PMD) no domínio elétrico, os módulos coerentes 100G garantem a integridade do sinal em distâncias superiores a 1000 km, tornando-os ideais para interconexões de data centers (DCI), redes metropolitanas e aplicações de longa distância. Sua alta eficiência espectral e compatibilidade com a infraestrutura DWDM existente os tornam um pilar fundamental para operadoras que buscam escalar a largura de banda de forma eficiente.

Módulos coerentes 100G, normalmente alojados em formatos compactos como CFP ou CFP2, oferecem notável flexibilidade para atualizações de rede. Equipados com lasers sintonizáveis ​​alinhados à grade DWDM da ITU (espaçamento de 50 GHz ou 100 GHz), esses módulos permitem alocação dinâmica de comprimento de onda, simplificando o gerenciamento da rede e reduzindo os custos de estoque sobressalente. Por exemplo, os módulos CFP100-DCO coerentes 2G da FiberMall suportam até 120 canais na banda C, proporcionando um caminho de atualização perfeito de sistemas 10G ou 40G sem exigir grandes mudanças na infraestrutura. Quando combinados com Amplificadores de Fibra Dopada com Érbio (EDFAs) e Módulos de Compensação de Dispersão (DCMs), esses módulos oferecem desempenho confiável para redes metropolitanas e de longa distância, atendendo às crescentes necessidades de computação em nuvem, backhaul 5G e conectividade empresarial.

Esquemas de implementação para módulos coerentes 100G em sistemas DWDM

Para aproveitar totalmente os módulos coerentes 100G, as operadoras de rede podem implementar esquemas personalizados para abordar casos de uso específicos e otimizar o desempenho.
O Esquema 1: Implantação Metro DCI concentra-se na implantação de módulos coerentes de 100G em interconexões de data centers em áreas metropolitanas. Ao integrar esses módulos com Multiplexadores Ópticos Add-Drop Reconfiguráveis ​​(ROADMs), as operadoras podem obter roteamento flexível de comprimento de onda para links de alta velocidade e baixa latência em distâncias de 80 a 120 km. Este esquema suporta até 9.6 Tbps por par de fibras (96 canais a 100G), tornando-o ideal para data centers de hiperescala com alta demanda de tráfego.

Esquema 2: Transmissão de Longa Distância com Detecção Coerente utiliza módulos coerentes de 100G juntamente com Correção Antecipada de Erros (FEC) e EDFAs para estender as distâncias de transmissão para além de 1500 km. Essa abordagem é adequada para redes intermunicipais, onde a qualidade do sinal é mantida por meio de compensação baseada em DSP, reduzindo a necessidade de regeneradores dispendiosos.

Esquema 3: Atualizações de Rede Híbrida 10G/100G permitem que as operadoras integrem módulos coerentes de 100G em sistemas DWDM de 10G existentes, oferecendo um caminho econômico para maior capacidade. Ao utilizar ROADMs de rede flexíveis, as operadoras podem alocar canais de 50 GHz para módulos de 100G, mantendo os canais de 10G na mesma fibra, alcançando uma capacidade total de até 8 Tbps (80 canais de 100G). Este esquema é particularmente eficaz para operadoras que buscam escalar suas redes incrementalmente sem reformular a infraestrutura legada.

Esquema 4: A Otimização do Backhaul 5G utiliza módulos coerentes 100G para atender aos requisitos de alta largura de banda e baixa latência das redes 5G. Ao implantar esses módulos em anéis metropolitanos com comprimentos de onda ajustáveis, as operadoras podem ajustar dinamicamente a capacidade para atender a padrões de tráfego flutuantes, garantindo conectividade confiável para computação de ponta móvel e aplicações corporativas.

A versatilidade dos módulos coerentes de 100G os posiciona como um componente crítico para a construção de redes DWDM escaláveis ​​e preparadas para o futuro. A integração de DSP avançado e componentes de eficiência energética, como os encontrados nos módulos coerentes de 100G da FiberMall, garante alto desempenho, alinhados às metas de sustentabilidade. Ao adotar esses esquemas de implementação, as operadoras podem atender a diversos requisitos de rede, desde DCI de alta densidade até conectividade de longa distância, enquanto se preparam para futuras atualizações para sistemas de 200G ou 400G. À medida que as demandas por largura de banda continuam a crescer, os módulos coerentes de 100G oferecem uma solução confiável e econômica para o fornecimento de redes ópticas de alta capacidade.

Princípios básicos da implementação de 100G

O princípio básico do transmissor de linha 100G

O objetivo do projeto do módulo óptico de linha de 100 Gb/s é aplicar à transmissão óptica de longa distância e suportar a transmissão de linha de equipamento DWDM de OTU4. A figura a seguir mostra o diagrama de blocos da extremidade de transmissão do módulo óptico do lado da linha de 100 Gb/s.

Figura 6: Diagrama esquemático do transmissor de módulo óptico de teste de linha de 100 Gb/s

Conforme mostrado na figura, a saída de luz contínua pelo laser sintonizável integrado (ITLA) é enviada para o modulador QPSK, que se torna duas ondas de luz após o PBS ser gerado por um dispositivo de separação de polarização no modulador. Cada luz polarizada é modulada por um modulador QPSK, e há sinais I e O gerados pelo MUX ao modular o sinal. O amplificador de banda larga e o driver amplificam os sinais I e O e os aplicam ao modulador para gerar modulação eletro-óptica.

Os dois sinais QPSK modulados são sintetizados por um PBC e um sinal multiplexado de polarização PM-QPSK é emitido. Para o modulador QPSK (Modulador), também é necessário realizar o controle de realimentação (controle de polarização MZ) para os múltiplos pontos de polarização da fase I, Q e Pi/2 através de controle em malha fechada, para que o modulador QPSK possa trabalhar de forma estável por um longo tempo sob o estado de polarização normal. Além disso, a unidade transmissora também codifica os dados de serviço a serem transmitidos através do codificador SD-FEC e os insere em MUX(X) e MUX(Y). Ele gera dados seriais de 4 canais usando conversão paralela para serial e os envia para o driver.

O princípio básico do lado receptor

Conforme mostrado na figura abaixo, o sinal óptico PM-QPSK é recebido pela unidade receptora coerente do módulo óptico após transmissão de longa distância. O sinal óptico é dividido em dois sinais ópticos polarizados mutuamente ortogonais pelo divisor de feixe de polarização, denotados como direção X e direção Y. Os sinais ópticos nas duas direções são misturados coerentemente a 90 graus (900Hybrid) com a luz polarizada do oscilador local correspondente. O sinal de saída pela frequência de mistura sofre conversão fotoelétrica através de um detector fotoelétrico balanceado e então é amostrado e quantizado pelo ADC para completar a conversão analógico/digital. Finalmente, a sequência digital discreta após amostragem e quantização é enviada para a unidade DSP para processamento.

Figura 7: diagrama de blocos do receptor do transceptor óptico do lado da linha de 100 Gb/s

No DSP, o sinal digital é sincronizado pelo processamento de recuperação de clock. A demultiplexação da polarização e a remoção de CD, PMD e comprometimento parcial do efeito não linear são realizadas pela equalização do domínio elétrico. A diferença de frequência entre a fonte de luz de oscilação local e a portadora óptica transmissora, bem como o efeito do ruído de fase, são eliminados pela estimativa do deslocamento de frequência e pelo processamento de julgamento correspondente. Os dados processados ​​são então enviados para a unidade decodificadora SD-FEC para decodificação e, finalmente, o sinal de dados é recuperado.

O princípio básico do algoritmo DSP

A unidade DSP completa o algoritmo DSP, que é dividido principalmente em cinco subfunções: Recuperação de Relógio, Equalização com Desmultiplexação de Polarização, Estimativa de Portadora, Estimativa de Fase, Slicer & Decoder. Seu diagrama de blocos funcional é mostrado na figura a seguir.

Figura 8: Diagrama de blocos da unidade de processamento de sinal digital

O seguinte apresentará cada unidade no diagrama de blocos:

• Recuperação de relógio digital

O objetivo da recuperação do relógio digital é que, como o relógio de amostragem do ADC é independente do relógio de símbolos da extremidade transmissora, o tempo de amostragem de símbolos dos receptores do filtro de interpolação deve ser utilizado. Isso permite que o relógio de amostragem ajustado do receptor seja sincronizado com o relógio de símbolos transmissores, ou seja, garante que a taxa de amostragem do ADC corresponda exatamente à taxa de símbolos.

• Equalização e demultiplexação de polarização

A equalização e a desmultiplexação de polarização são realizadas em uma única polarização. A função da equalização é eliminar o crosstalk do sinal causado pelo fator linear do canal. Pode ser realizado por FIR com coeficientes de derivação fixos ou variáveis, enquanto a desmultiplexação de polarização precisa ser realizada por um filtro borboleta. A desmultiplexação de polarização consiste em separar dois sinais polarizados. Isso porque quando o sinal é transmitido, ocorre um crosstalk entre as duas polarizações (causado pelo acoplamento de polarização). E devido à rotação da polarização, a polarização do sinal após o PBS na extremidade receptora não corresponde à polarização inicial.

•  Estimativa de deslocamento de frequência portadora

Devido às características não ideais do laser, a frequência de oscilação do laser oscilador local no receptor coerente óptico pode ter um desvio da frequência portadora. Este deslocamento de frequência é refletido no símbolo, que é o deslocamento de fase. Para um sistema de modulação de fase como PM-QPSK, o deslocamento de fase causado pelo deslocamento de frequência deve ser removido antes que seja possível demodular o símbolo de dados final. Portanto, a estimativa do deslocamento de frequência é um módulo indispensável para receptores. O princípio é detectar o tamanho do deslocamento de frequência e, em seguida, executar a correção de fase no símbolo para remover a influência do deslocamento de frequência, de acordo com o valor estimado do deslocamento de frequência.

Figura 9: Estimativa de deslocamento da frequência portadora

• Estimativa de deslocamento de fase da portadora

Devido à largura de linha do laser, ocorre alguma mudança de fase perto de sua frequência de oscilação verdadeira. Em consideração ao erro da estimativa de deslocamento de frequência, o deslocamento de fase do símbolo após a estimativa de deslocamento de frequência ainda existe. Este deslocamento muda com o tempo, o que pode cobrir todos os intervalos de 0 a 2π. O propósito da recuperação da fase da portadora é remover esta parte do deslocamento de fase para que a fase do símbolo de saída possa ser usada diretamente para decisão de símbolo. O princípio básico da estimativa da fase da portadora é que o deslocamento de fase inesperado da fase de informação é obtido e removido de cada símbolo.

• Decodificação e recuperação de dados

Para QPSK, após a recuperação da fase do sinal, dois sinais polarizados I e Q podem ser obtidos de acordo com a regra de modulação de fase. Para DQPSK, após a recuperação da fase do sinal, as fases dos dois símbolos precisam ser subtraídas para obter dois sinais I e Q polarizados.

Características Técnicas e Vantagens do Sistema 100G

Como todos sabemos, cada aumento na taxa de canal único será limitado por deficiências de transmissão, incluindo tolerância OSNR, dispersão cromática, PMD e não linearidade. Portanto, tecnologias mais avançadas são necessárias para reduzir o impacto dessas deficiências de transmissão. O 100G integra várias tecnologias, como multiplexação de polarização, modulação de fase, super FEC, detecção coerente e DSP. As características das atuais soluções de tecnologia 100G são as seguintes:

• Usando a tecnologia de multiplexação de polarização e a ortogonalidade mútua entre os dois estados de polarização do sinal óptico, dois canais de informação são transportados na mesma portadora óptica. Ao fazer isso, a taxa de símbolos do sinal é reduzida pela metade. A combinação de detecção coerente com ADC e DSP também é um avanço tecnológico fundamental em 100G. Em comparação com a detecção direta e a demodulação autocoerente, a combinação de detecção coerente e tecnologia DSP pode efetivamente melhorar a eficiência da demodulação e a sensibilidade do receptor.
•  A tecnologia QPSK pode dobrar a quantidade de informação transportada pela portadora óptica, e sua combinação com multiplexação de polarização reduz a taxa de transmissão do sinal de 100G para cerca de 25Gbaud/s. Portanto, o QPSK pode ser aplicado no sistema OTN com um intervalo de 50 GHz e pode reduzir os requisitos de sinal para tolerância à não linearidade da fibra.
• A tecnologia 100G pode melhorar efetivamente o ganho de codificação por meio da solução LDPC (Código de verificação de paridade de baixa densidade) e do método de decisão suave.
• A combinação de detecção coerente com ADC e DSP também é um avanço tecnológico fundamental em 100G. Em comparação com a detecção direta e a demodulação autocoerente, a combinação de detecção coerente e tecnologia DSP pode efetivamente melhorar a eficiência da demodulação e a sensibilidade do receptor.

Conclusão

Para interconexão de data center (DCI) dentro de uma distância de transmissão de 100 km, a FiberMall oferece soluções de 100G (2X50G PAM4) DWDM QSFP28 e 100G (1x100G PAM4) DWDM QSFP28. Para redes de área metropolitana, a distância de transmissão é superior a 100 km, a FiberMall fornece duas soluções de longa distância, 1x 100G QSFP28 a 1x 100G CFP-CDO e 2x 100G QSFP28 a 1x 200G CFP2 DP-8QAM ou DP-16QAM. Através dos esforços conjuntos de todos os funcionários da FiberMall, a tecnologia 100G DWDM tornou-se muito madura e foi amplamente implantada em data centers e redes de áreas metropolitanas em todo o mundo.