O mais recente progresso dos padrões de transmissão óptica coerente 400G e 800G

O rápido desenvolvimento das redes de data centers levou a uma demanda crescente por largura de banda de rede óptica, que cresce a uma taxa anual de mais de 20%, direcionando a rede de transmissão óptica para soluções de maior velocidade e maior capacidade.

Atualmente, os sistemas WDM de 100G/200G de comprimento de onda único foram implantados comercialmente em larga escala nas redes de backbone das operadoras, e os sistemas de 400G de comprimento de onda único passaram de redes de área metropolitana para redes de backbone, tornando-se o foco de atenção e aplicação no indústria. À medida que os padrões de transmissão óptica 400G em várias organizações padrão chegam a um consenso, o Beyond 400G emergiu como um novo tópico de interesse para várias organizações padrão.

Visão geral das organizações de padrão de transmissão óptica

As organizações de padrão internacional envolvidas na tecnologia de transmissão óptica incluem principalmente ITU-T SG15, OIF, IEEE802.3 e vários MSAs (acordo de várias fontes), e a distribuição de responsabilidades e a correspondência entre cada organização de padrão internacional e equipamento de transmissão óptica são mostrado na Figura 1.

Figura 1. O diagrama de relacionamento das organizações internacionais de padronização

As especificações de interface Ethernet 100/200/400/800GE emitidas pelo equipamento do cliente de transmissão óptica são definidas por IEEE802.3. Os padrões relacionados ao módulo óptico do lado do cliente para conectar equipamentos WDM e equipamentos do cliente são definidos pela OIF/MSA. O encapsulamento de sinal de serviço e o sistema de transmissão óptica envolvidos no equipamento WDM, as especificações do sistema são definidas pelo ITU-T SG15, entre os quais o ITU-T SG15 Q5 envolve fibras ópticas, Q6 envolve sistemas WDM e dispositivos ópticos e Q11 define estrutura de quadro OTN, mapeamento , e outras tecnologias. A implementação do módulo óptico do lado da linha é definida por OIF/MSA.

As organizações padrão domésticas para transmissão óptica são principalmente grupos de trabalho CCSA TC6 WG1 e WG4. O equipamento WDM padronizado pelo WG1 tem alta autoridade, basicamente refletindo os requisitos das três principais operadoras nacionais e as capacidades dos fornecedores de equipamentos, enquanto o WG4 define principalmente os padrões de módulos ópticos para diferentes velocidades e aplicações.

A Progressoes of Pós Padrões de transmissão óptica 400G

A OIF tem liderado a padronização de sistemas ópticos coerentes 400G e 800G entre várias organizações de padronização nos últimos anos. Em 2022, a OIF completou a especificação padrão 400ZR. Atualmente está trabalhando na especificação de 800GLR e ZR, que inclui aspectos técnicos como parâmetros do sistema óptico, mapeamento FEC, DSP e OTN. Espera-se que seja concluído até o final de 2024. O progresso padrão da OIF tem um impacto importante nas tendências técnicas da padronização 802.3G do ITU-T e IEEE 800.

IEEE802.3 tem autoridade absoluta na especificação de interfaces Ethernet. IEEE802.3 está padronizando interfaces Ethernet 800G/1.6T, incluindo diferentes interfaces de distância de transmissão para duas rotas de 100G e 200G de canal único. Vale ressaltar que em 2023, houve uma discussão acirrada no projeto IEEE802.3dj sobre a adoção de IMDD (modulação de intensidade e detecção direta) ou tecnologia coerente para a aplicação 800G 10km. Por fim, a 802.3dj decidiu definir dois objetivos de projeto para 800G 10km, utilizando diferentes soluções técnicas. Pode-se ver que com o aumento da taxa de canal único, a tecnologia coerente está constantemente afundando e expandindo seus cenários de aplicação.

O grupo de trabalho ITU-T SG15 Q6 fez um progresso lento na padronização de 400G/800G desde que lançou a especificação 100G DWDM em 2018. A causa principal é que o ITU-T está comprometido em padronizar sistemas DWDM compatíveis com vários fabricantes e tenta encontrar um parâmetro para determinar a qualidade do transmissor, mas é difícil obter resultados satisfatórios para sistemas DWDM com modulação coerente. Em fevereiro de 2023, na reunião do 6º trimestre, foi decidido reiniciar a padronização do 400G e adotar uma atitude aberta em relação à padronização do 800G. Ao mesmo tempo, a demanda futura do Q6 para banda estendida C+L foi reconhecida na aplicação de 800G DWDM, e vale a pena aguardar o desempenho do Q6 na padronização de 400G e 800G.

O CCSA TC6 WG1 concluiu sucessivamente uma série de padrões da indústria em sistemas de multiplexação por divisão de comprimento de onda óptica (WDM) Nx400G, incluindo "Requisitos técnicos para sistemas de multiplexação por divisão de comprimento de onda óptica (WDM) Nx400G", "Requisitos técnicos para multiplexação por divisão de comprimento de onda óptica (WDM) metropolitana Nx400G )” e “Requisitos Técnicos para Sistemas Óticos de Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda (WDM) com Banda C Estendida”. Esses padrões cobrem as aplicações de backbone 400G, banda C metropolitana e estendida, e os formatos de modulação especificam principalmente 2x200Gbit/s PM-16QAM/PM-QPSK e 400Gbit/s PM-16QAM. Ao mesmo tempo, com o desenvolvimento das tecnologias DSP (processamento de sinal digital) e FEC (correção direta de erros) de alto desempenho e as necessidades de construção de rede das operadoras, dois padrões da indústria, “Requisitos técnicos para Nx400Gbit/s Ultra-long Distance Optical Sistemas de Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda (WDM)” e “Requisitos Técnicos para Sistemas Óticos de Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda (WDM) Metropolitan Nx800Gbit/s”, foram iniciados nos últimos dois anos. Esses padrões especificarão sistemas ópticos WDM baseados em formatos de modulação QPSK acima de 120 Gbd e iniciarão a pesquisa em redes metropolitanas de 800 G, o que coloca a China na vanguarda de longa distância e alta velocidade DWDM estandardização.

O CCSA TC6 WG4 concluiu sete séries de padrões para 400G tecnologias de modulação de intensidade e modulação de fase nos últimos três anos e iniciou a padronização de módulos ópticos 800G para atender às necessidades de aplicação dos padrões do sistema óptico.

O progresso de 400G e além 400G OTN

O grupo de trabalho ITU-T SG15 Q11, como principal definidor de padrões da tecnologia OTN, chegou a um consenso sobre a discussão em fases além dos padrões 400G OTN. A primeira fase se concentra principalmente na formulação de padrões 800G OTN, focando principalmente em como transportar serviços Ethernet 800GE e tecnologia de interface 800G FlexO, etc. Espera-se concluir os padrões relevantes até o final de 2023. A segunda fase se concentra em OTN tecnologia de interface acima de 800G, que será um ponto-chave da discussão padrão após 2023.

Na primeira fase de trabalho, o ITU-T SG15 Q11 alcançou muitos consensos. Em termos de transportar serviços de cliente 800GE especificados por IEEE802.3, a taxa ODUflex (800G) e o ponto de referência de 800GE para mapeamento OTN são determinados. Os dois fluxos de dados no formato 257B recuperados da interface Ethernet 800GE são intercalados de acordo com a granularidade de 257B para formar um fluxo de dados. Ao mesmo tempo, a fim de resolver os problemas de alinhamento e MTTFPA (tempo médio para aceitação de pacotes falsos) causados ​​por 257B, a carga útil de linha ODUflex 4 × 3808 é dividida em múltiplos inteiros de blocos de 257B e preenchimento de 38 bits, entre os quais 32 bits são usados para transportar CRC32 para completar a função de marcação de erro relacionada. A fim de simplificar a relação de multiplicação de clock entre o ODUflex e a interface Ethernet, a compensação de taxa também é necessária para este fluxo de dados 257B para compensar a taxa de AM excluída no processamento Ethernet 800GE. Comparado com 400GE, a fim de economizar largura de banda de transmissão e estreitar a lacuna entre a taxa de serviço Ethernet e a taxa OTN, aumentar a possibilidade de usar o mesmo módulo para serviço Ethernet e taxa OTN, o ponto de referência de 800GE para mapeamento OTN é alterado de 66B fluxo de código para fluxo de código 257B. As funções de processamento da interface 800GE PMA para a rede de transmissão OTN são mostradas na Figura 2.

Figura 2. Diagrama esquemático das funções de processamento de 800GE para OTN

Em termos de tecnologia de interface FlexO, de acordo com diferentes distâncias de transmissão, ela é dividida em interface de curta distância FlexO-x-RS e interface de longa distância FlexO-xD. Entre eles, a interface de curta distância FlexO-x-RS é especificada em G.709.1, usada principalmente para interconexão entre domínios e intradomínios, e a distância de transmissão geralmente é de 40 km. A interface FlexO-xD é especificada em G.709.3, usada principalmente para interconexão de longa distância de interfaces coerentes, e a distância de transmissão é geralmente de 100 a 450 km. Em termos de padrões de interface de curta distância, é determinado revisar G.709.1 primeiro, definir a estrutura geral do quadro FlexO-8, taxa, sobrecarga e tecnologia de mapeamento e também facilitar para outras organizações padrão, como OIF ou OpenRoadm para se referir à estrutura do quadro relevante. Uma vez que o B100G FlexO pode suportar uma taxa de até 800G, é determinado que a interface 800G FlexO continue a reutilizar a estrutura do quadro FlexO com base em 1280×5140. As novas tecnologias de mapeamento adicionadas incluem multiplexação de mapeamento direto de serviços Ethernet para o caminho FlexO-xe. Este caminho de serviço reduz a camada de canal ODUflex e a seção de multiplexação OTUCn em comparação com o caminho tradicional de multiplexação de mapeamento B100G e permite a multiplexação de múltiplos mapeamentos 100GE/200GE/400GE ou 1 800GE diretamente para o FlexO-xe.

Em termos de padrões de interface de longa distância, em comparação com a interface 400G FlexO, com o aumento da largura de banda de transmissão 800G de porta única, sob a premissa de transmitir a mesma distância, os requisitos para dispositivos e módulos ópticos são mais rigorosos, portanto, um down- interface de velocidade O FlexO-xe-DO é adicionado à interface de taxa total FlexO-x-DO original, o que não apenas reduz o nível de multiplexação OTN, mas também reduz a frequência de inserção do sinal piloto do quadro DSP da interface FlexO-x-DO. Esta interface é principalmente adequada para transmissão de multiplexação de serviço Ethernet ponto a ponto e não suporta transmissão OTUCn ou ODUflex. Comparado com a interface OIF 800ZR, pode estender a distância de transmissão através da função de regeneração FlexO 3R.

Em geral, os padrões de transmissão óptica na taxa de 400G foram basicamente concluídos em organizações de padrão nacionais e estrangeiras e DWDM aplicações de longa distância baseadas em modulação QPSK acima de 128GBd são o foco dos padrões; enquanto as taxas B400G e acima, incluindo 800G e até 1.6T, tornaram-se os pontos de pesquisa de organizações de padrão nacionais e estrangeiras, como ITU-T, OIF, IEEE802.3 e CCSA. Formatos de modulação, tecnologias de mapeamento, sistemas ópticos C+L estendidos, FEC de alto desempenho e outras tecnologias se tornarão as principais tecnologias para padronização.