Обзор когерентного трансивера: CFP2-DCO, QSFP-DD DCO, OSFP-DCO

В последние годы технология когерентной оптической связи становится все более популярной в области оптической связи. Когерентная оптическая связь со сложной модуляцией экономит ресурсы оптической полосы пропускания и повышает эффективность передачи по оптоволокну, что является отличным выбором для дальнейшего увеличения полосы пропускания. В области передачи данных когерентная технология также стала основным решением для соединения центров обработки данных (DCI) (80–120 км). В ближайшие годы использование когерентных оптических каналов резко возрастет, и эти новые приложения также выдвигают новые требования к системам когерентных оптических приемопередатчиков, поэтому когерентные приемопередатчики были созданы. В этой статье мы шаг за шагом проведем вас через сравнение когерентной и некогерентной оптической связи, чтобы понять, что такое технология когерентной оптической связи, и представить четыре типа когерентных приемопередатчиков, которые могут реализовать передачу 100G-400G на текущем рынке.

 

1. Что такое технология когерентной оптической связи?

В центрах обработки данных и строительстве сетевой инфраструктуры мы часто слышим о передаче 400G, и когерентная оптическая связь является основным технологическим направлением для достижения этой скорости. Он играет большое преимущество в магистральной передаче на стороне линии.

Свет с той же частотой и тем же направлением вибрации можно назвать когерентным светом. Когерентная модуляция и технология гетеродинного обнаружения в основном используются в когерентной оптической связи, а когерентный приемопередатчик является основным продуктом, основанным на этой технологии.

Так называемый когерентная модуляция заключается в использовании передаваемого сигнала для изменения частоты, фазы и амплитуды оптической несущей (вместо изменения интенсивности света, как определение интенсивности), что требует, чтобы оптический сигнал имел определенную частоту и фазу (вместо не имеющий определенной частоты и фазы, как естественный свет), то есть это должен быть когерентный свет. Например, лазер представляет собой разновидность когерентного света. Так называемое гетеродинный обнаружение заключается в использовании лазера, генерируемого локальными колебаниями, для смешивания с входным световым сигналом в оптическом смесителе для получения сигнала ПЧ, изменяющегося по тому же закону, что и частота, фаза и амплитуда светового сигнала.

Технология когерентной оптической связи широко используется, особенно для оптоволоконной связи со сверхдлинной длиной волны (2 ~ 10 мкм), когерентная оптическая связь является наиболее привлекательной. С развитием технологии оптоволоконной связи использование сверхдлинноволнового оптического волокна для реализации сверхдальней связи является одним из важных направлений оптоволоконной связи в будущем.

 

2. Сохерент и не-когерентная оптическая связь

Когерентная оптическая связь включает следующие четыре ключевые технологии:

• Поляризационное мультиплексирование и модуляция высокого порядка: Используя характеристики ортогональной поляризации и информацию о фазе света, исходный сигнал многократно делится на два, что может значительно снизить скорость обработки электрического слоя.
• Технология когерентного приема: используя лазер гетеродина с той же частотой и фазой для согласования с принятым оптическим сигналом, информация об амплитуде, фазе и состоянии поляризации может быть восстановлена ​​из принятого сигнала.

• Технология цифровой обработки сигналов (DSP): устраняет искажение сигнала и временную задержку, вызванную дисперсией на уровне электрического сигнала с помощью DSP, и компенсирует PMD и CD, что может значительно улучшить устойчивость к PMD и CD.
• Высокопроизводительный алгоритм FEC: использование кодирования с прямым исправлением ошибок FEC может улучшить устойчивость системы к OSNR. Различные типы FEC и коэффициенты служебных данных могут быть разработаны для различных скоростей, типов кода и требований к характеристикам передачи.

В целом видно, что когерентная и некогерентная оптическая связь имеют свои преимущества и недостатки и подходят для различных сценариев применения. Некогерентная оптическая связь в основном используется для линейной передачи 2.5G и 10G, ранней линейной передачи 40G и многополосной передачи 100G Metro. Когерентная оптическая связь в основном используется для линейной передачи 100G, линейной передачи сверхвысокой скорости 100G и оптической передачи на сверхдальние расстояния. 

 

3. Что такое когерент приемопередатчик?

Когерентный приемопередатчик является прямым продуктом когерентная оптическая связь технологии. Далее будут представлены четыре типа когерентных оптических модулей, появившихся на рынке: CFP-DCO, CFP2-DCO, OSFP-DCO и QSFP-DD DCO.

Сначала когерентный трансивер был выполнен в форм-факторе CFP. CFP MSA обеспечивает ширину корпуса 82 мм и потребляемую мощность менее 24 Вт, что достаточно для размещения в CFP необходимых трех оптических элементов (лазер, модулятор, ICR) и DSP для формирования полноценного когерентного трансивера. Этот приемопередатчик называется «DCO», что означает «Цифровая когерентная оптика». CFP-DCO можно вставить в любой слот, предназначенный для CFP, и обмениваться цифровыми сигналами через оптический порт. Следовательно, коммутаторы или маршрутизаторы, оснащенные слотами CFP, могут вмещать клиентские CFPS ближнего действия или когерентные трансиверы CFP-DCO дальнего действия в любой слот.

Однако низкое энергопотребление, компактный корпус, большая емкость и низкая стоимость являются постоянными целями отрасли оптической связи. Поэтому CFP MSA неизбежно должен идти в ногу с размером CFP2. Стандартная ширина CFP2 составляет 41.5 мм и изначально допускает потребление мощности 12 Вт. Как показано в следующей таблице, по сравнению с CFP-DCO производительность CFP2-DCO значительно улучшена. Модуль CFP2-DCO может соответствовать как городским сетям, так и сетям доступа, в то время как экономия мощности и плотности CFP2-DCO обеспечивает значительную ценность с точки зрения совокупной стоимости владения (TCO).

 

	потребляемая мощность	Максимальная скорость передачи	200G пропускная способность на большие расстояния	Возможность передачи по сети метро 400G	Потребление электроэнергии на 100G
CFP-DCO	32	200	Да	Да	0.16
CFP2-DCO	24	400	Да	Да	0.06

 

В пределах мощности CFP2 приложения CFP2-DCO также могут быть расширены до:

• CFP2-200G-DCO передача на сверхдальние расстояния: отношение оптического сигнала к шуму (OSNR) менее 14 дБ и методы компенсации дисперсии для передачи на расстояние более 2000 км.
• Передача по городской сети CFP2-400G-DCO: до 800 км или даже 1000 км, в зависимости от качества оптоволокна и диапазона EDFA.

В последние годы, в дополнение к режимам упаковки CFP и CFP2, появились когерентные приемопередатчики с более высокой скоростью и меньшими стандартами упаковки, такие как OSFP-DCO и QSFP-DD DCO.  

OSFP-DCO: Когерентный приемопередатчик Octal Small Form-factor Pluggable (OSFP) разработан на основе квадратурной фазовой манипуляции с двойной поляризацией (DP-QPSK) или квадратурной амплитудной модуляции с двойной поляризацией (DP-16QAM) или квадратурной амплитудной модуляции с формированием вероятностного созвездия (PCS- 16QAM), поддерживающий расширенный C-диапазон, когерентное обнаружение с разнесением по поляризации и усовершенствованную электронную коррекцию канала. Семейство продуктов поддерживает скорость передачи 100/400 Гбит/с в стандартном форм-факторе OSFP с возможностью подключения и 7-нм DSP и может широко использоваться в приложениях городского оператора, доступа и облачных/DCI. Среди них, когерентный трансивер OSFP-400G-DCO может достигать дальности передачи 120 км, и он может реализовывать соединение между центрами обработки данных на сверхдальних расстояниях (DCI). 

КСФП-ДД ОДК: По сравнению с упакованными оптическими модулями OSFP, QSFP-DD меньше, потребляет меньше энергии и является более гибким. QSFP-DD DCO также поддерживает передачу 100G и 400G, но на самом деле он чаще используется на рынке 400G. Два последних когерентных трансивера в этом пакете 400Г ЗР и 400G ZR+. Чтобы узнать эти два типа приемопередатчиков, во-первых, Рабочий форум оптического Интернета (OIF) создал стандарт 400ZR. Спецификация 400ZR была одной из первых попыток определить совместимый когерентный интерфейс 400G. 400ZR ориентирован на периферию и относительно короткий радиус действия, до 120 км приложений DCI. Модуль 400G ZR в форм-факторе DD-QSFP предназначен для использования операторами гипермасштабируемых центров обработки данных и пиринговых сетей для обеспечения межсоединений с высокой пропускной способностью в соответствии с отраслевыми стандартами и совместимостью. Способен передавать 400 ГБ/с на расстояние более 120 км. А для 400ZR+ это комбинация двух усилий по стандартизации (OIF и OpenROADM), которая позволяет использовать высокопроизводительные подключаемые модули, обеспечивающие совместимость с различными поставщиками.

 

Спецификация	Скорость передачи данных	Тип модуляции	Целевой охват
ОИФ 400ЗР	400G	ДП-16КАМ	120km
OpenZR +	400G	ДП-16КАМ	1400km
	300G	ДП-8КАМ	2500km
	200G	ДП-QPSK	3000km
	100G	ДП-QPSK	8000km

 

Сравните эти два типа. Как правило, стандарт OIF 400ZR в основном представляет собой один тип модуляции и линейную скорость (400G) для городских приложений точка-точка, в то время как 400ZR+ фокусируется на оптических характеристиках с более высокими характеристиками, которые могут реализовать гибкую линейную скорость 100-400G и более длинный оптический путь. Таким образом, оптический модуль 400G ZR+ может не только поддерживать скорость 400G, но и гибко применяться к линейной скорости 100G/200G/300G. Его основой является использование новой структурной структуры прямой коррекции ошибок OpenFEC (oFEC) и набора спецификаций оптических линий 100G-400G. По стандартному волокну SMF-28 (только EDFA) при предположении об идеальной сети производительность оценивается в 480 км в режиме 400G.

Хотя интерфейсы 400ZR доступны для КСФП-ДД ОДК, OSFP и когерентные оптические модули CFP2-DCO. Однако для приложений 400ZR оптические модули в форме пакета QSFP-DD должны быть более популярными, поскольку QSFP-DD дешевле и занимает меньше места по сравнению с некоторыми другими типами пакетов. Таким образом, оптические модули QSFP-DD 400G DCO будут более перспективными в будущем для приложений когерентной оптической связи 400G.

 

Итого

Растущие требования к емкости в городских DCI и облачных приложениях стимулируют отраслевой спрос на взаимодействующие, подключаемые когерентные модули, которые обещают повышенную экономическую эффективность и эксплуатационные преимущества, а также возможность смешивать и сочетать модули от разных поставщиков. Ряд новых когерентных оптических модулей, включая CFP-DCO, CFP2-DCO, OSFP-DCO и QSFP-DD DCO, был разработан для удовлетворения этих новых приложений. FiberMall может предоставить клиентам все эти типы когерентных оптических модулей, которые могут широко использоваться в городских сетях, системах доступа и приложениях Cloud/DCI.