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Wie wird die Qualität der optischen Module sichergestellt?

Updated on Jun 18, 2022
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Höhere Anforderungen an die Bandbreite und höhere Geschwindigkeit erhöhen den Bedarf an 400G-Ethernet und optischen Modulen in den großen Rechenzentrumsverbindungen. Zahlreiche Netzwerkausrüstungshersteller, Cloud-Service-Anbieter und Anbieter von optischen Transceivern haben sich schnell und leidenschaftlich auf den 400G-Markt gestürzt. Es ist jedoch nicht einfach, sicherzustellen, dass ein qualitativ hochwertiges Produkt angeboten wird. Eine Reihe von Tests ist wichtig, um die hohe Qualität der 400G-Transceiver zu gewährleisten. In diesem Artikel werden die 400G-Transceiver-Tests unter drei Aspekten vorgestellt: Herausforderungen, wichtige Punkte und Möglichkeiten.

 

Herausforderungen bei 400G-Transceiver-Tests

Die elektrischen Schnittstellen von 400G-Transceivern verwenden entweder die 16× 28Gb/s mit NRZ (Non-Return-to-Zero)-Modulation oder die neueren 4 oder 8× 56Gb/s mit PAM4 (4-Level-Pulsamplituden)-Modulationen. Höhere Geschwindigkeiten und die Verwendung von PAM4 bringen zwar große Verbesserungen, führen aber auch zu einer hohen Komplexität auf der physikalischen Ebene, was leicht zu Signalübertragungsfehlern führt und die Hersteller optischer Module vor Herausforderungen stellt.

🔎 Hohe Komplexität auf der physikalischen Schicht

Auf der physikalischen Ebene umfassen die Hochgeschwindigkeitsschnittstellen der optischen 400G-Module mehrere elektrische Eingangs-/Ausgangsschnittstellen, optische Eingangs-/Ausgangsschnittstellen und andere Stromversorgungs- und Low-Speed-Verwaltungsschnittstellen. Und die gesamte Leistung dieser Schnittstellen sollte den 400G-Standards entsprechen. Da die Größe von 400G-Transceivern den bestehenden 100G-Transceivern ähnelt, erfordert die Integration dieser Schnittstellen eine anspruchsvollere Fertigungstechnologie.

🔎 Signalübertragungsfehler

Die höhere Geschwindigkeit der elektrischen 400G-Schnittstellen bedeutet mehr Rauschen (auch Signal-Rausch-Verhältnis genannt) bei der Signalübertragung, was zu einer erhöhten Bitfehlerrate (BER) führt, die wiederum die Signalqualität beeinträchtigt. Daher sollten entsprechende Leistungstests durchgeführt werden, um die Qualität von 400G-Modulen sicherzustellen.

🔎 Testkosten für Entwicklung und Fertigung

Der komplexe 400G-Transceiver-Test bringt auch neue Herausforderungen für die Anbieter optischer Module mit sich. Um die Qualität der Transceiver für die Nutzer zu gewährleisten, müssen die Anbieter großen Wert auf die Transceiver-Testgeräte und die technische Entwicklung legen. Sie sollten sicherstellen, dass die neuen Produkte 400G-Upgrades unterstützen können und gleichzeitig die damit verbundenen Entwicklungs- und Fertigungstestkosten dämpfen, die wettbewerbsfähige Preismodelle behindern könnten.

 

Die wichtigsten Punkte beim 400G-Transceiver-Test

Für Anbieter von Transceivern ist die Prüfung der Produktqualität von grundlegender Bedeutung für den Aufbau zuverlässiger Kundenbeziehungen. Werfen wir einen Blick auf die wichtigsten Punkte des 400G-Transceiver-Tests. Weitere Informationen finden Sie im Testprogramm für 400G QSFP-DD-Transceiver.

📍 ER-Leistung und Tests des optischen Leistungspegels

ER (Das Extinktionsverhältnis, engl. Extinction ratio), das Verhältnis der optischen Leistungslogarithmen, wenn der Laser den hohen und den niedrigen Pegel ausgibt, nachdem elektrische Signale in optische Signale moduliert wurden, ist ein wichtiger und der schwierigste Indikator zur Messung der Leistung von optischen 400G-Transceivern. Der ER-Test kann zeigen, ob ein Laser im besten Bias-Punkt und innerhalb des optimalen Modulationseffizienzbereichs arbeitet. Die optische Modulationsamplitude (OMA, outer optical modulation amplitude) kann die Leistungsunterschiede messen, wenn der Laser des Transceivers ein- und ausgeschaltet wird, und so die Leistung von 400G-Transceivern unter einem anderen Aspekt testen. Sowohl die ER als auch die durchschnittliche Leistung können mit herkömmlichen optischen Oszilloskopen gemessen werden.

📍 Optischer Spektraltest

Der Test des optischen Spektrums ist hauptsächlich in drei Teile unterteilt: Mittenwellenlänge, Seitenmodus-Unterdrückungsverhältnis (SMSR) und Spektrumsbreite der 400G-Transceiver. Diese drei Parameter sind entscheidend für eine hochwertige Übertragung und Leistung der Module. Je größer der Wert des Seitenmodus-Unterdrückungsverhältnises ist, desto besser ist die Leistung des Lasers des Moduls. Im folgenden Video sehen Sie, wie FS das optische Spektrum für 400G QSFP-DD-Transceiver testet.

 

📍 Leistungstests für die Weiterleitung

400G-Transceiver haben eine kompliziertere Integration im Vergleich zu den bestehenden QSFP28- und QSFP+-Modulen, was höhere Anforderungen an den Leistungstest für die Weiterleitung stellt. RFC 2544 definiert die folgenden grundlegenden Leistungstestindikatoren für Netzwerke und Geräte: Datendurchsatz, Verzögerung und Paketverlustrate. In diesem Testverfahren werden die elektrischen und optischen Schnittstellen geprüft, um sicherzustellen, dass die Qualität der übertragenen und empfangenen Signale nicht verzerrt wird.

📍 Eye Diagram Test

Anders als das einzelne Augendiagramm der NRZ-Modulation in optischen 100G-Transceivern hat das PAM4-Augendiagramm drei Augen. PAM4 verdoppelt die Bitübertragungseffizienz im Vergleich zu NRZ, hat aber immer noch Probleme mit Rauschen, Linearität und Empfindlichkeit. Die IEEE schlägt die Verwendung von PRBS13Q vor, um das optische Augendiagramm von PAM4 zu testen. Die wichtigsten Testindikatoren sind Höhe und Breite des Auges. Anhand der Augenhöhe und -breite im Testergebnis kann der Benutzer feststellen, ob die Signallinearität des 400G-Transceivers gut ist oder nicht.

Comparison of waveforms and eye diagrams between NRZ and PAM4 signals.png

Das folgende Video zeigt, wie FS das Augendiagramm von 400G QSFP-DD-SR8-Transceivern mit dem Anritsu MP2110A All-in-One BERT und Sampling Oszilloskop testet, um die Signalqualität der QSFP-DD-Transceiver sicherzustellen.

📍 Jitter-Test

Der Jitter-Test ist hauptsächlich für den Ausgangs-Jitter von Sendern und die Jitter-Toleranz von Empfängern gedacht. Der Jitter umfasst zufälligen Jitter und deterministischen Jitter. Da der deterministische Jitter im Vergleich zum zufälligem Jitter vorhersehbar ist, können Sie Ihren Sender und Empfänger so konfigurieren, dass er eliminiert wird. In einer realen Testumgebung wird der Jittertest zusammen mit dem Augendiagrammtest durchgeführt, um die Leistung von 400G-Sendern und -Empfängern zu überprüfen.

📍 Test der Bitfehlerrate unter realen Arbeitsbedingungen

Bei diesem Testverfahren werden optische 400G-Transceiver an die 400G-Switches angeschlossen, um deren Arbeitsleistung, BER und Fehlertoleranz in einer realen Umgebung zu testen. Wie bereits erwähnt, führt die höhere BER in den optischen 400G-Transceiver-Lanes bei den meisten 400G-Verbindungen zu Übertragungsproblemen. Daher wird zur Verbesserung der Signalübertragungsqualität die FEC-Technologie (Forward Error Correction) eingesetzt. FEC bietet eine Möglichkeit, Daten in extrem verrauschten Signalumgebungen zu senden und zu empfangen, so dass fehlerfreie Datenübertragungen in 400G-Verbindungen möglich sind. Im folgenden Video wird gezeigt, wie FS die BER von 400G QSFP-DD-Modulen testet, um die Stabilität und Zuverlässigkeit der Übertragung zu gewährleisten.

📍 Temperatur-Test

Jedes 400G-Transceivermodul verfügt über einen vom Hersteller definierten Betriebstemperaturbereich. Wenn die Temperatur den normalen Temperaturbereich überschreitet oder darüber hinausgeht, funktionieren die Module nicht gut oder sogar nicht normal, was zu Verzögerungen oder Netzausfällen führen kann. Die Temperaturprüfung ist also auch für die Übertragungsleistung von Transceivern von entscheidender Bedeutung. Damit soll die Zuverlässigkeit dieser 400G-Hochgeschwindigkeits-Transceiver gewährleistet werden, die in Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsnetzen und Rechenzentren eingesetzt werden. Das folgende Video zeigt, wie FS seine 400G-QSFP-DD-Module bei verschiedenen Temperaturen testet.

 

Chancen im 400G-Transceiver-Test

Angetrieben von 5G, künstlicher Intelligenz (KI), virtueller Realität (VR), dem Internet der Dinge (IoT) und autonomen Fahrzeugen müssen zwar zahlreiche technische Probleme bei Transceiver-Tests gelöst werden, doch der boomende Trend des 400G-Ethernet-Marktes ist nicht aufzuhalten. Viele Hersteller und Anbieter von Testlösungen haben ihre eigenen 400G-Produktlösungen auf den Markt gebracht. In dieser Situation ist der 400G-Transceiver-Test für einige kleinere Anbieter von optischen Modulen einer der wichtigsten Punkte, die sie in Betracht ziehen sollten, denn die Verbesserung der Qualität der 400G-Produkte und der Liefergeschwindigkeit wird darüber entscheiden, wie viel Gewinn sie vom 400G-Markt erzielen können. Erfahren Sie mehr über den aktuellen und zukünftigen Stand des 400G-Ethernet-Marktes und bereiten Sie sich auf das kommende Hochgeschwindigkeitszeitalter vor.

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