400G OTN-Technologien: Single-, Dual- und Quad-Carrier

Um 400G-Langstreckenübertragungen (LH) zu erreichen, werden drei 400G-OTN-Technologien (Optical Transport Network) eingesetzt: Single-Carrier 400G, Dual-Carrier 400G, and Quad-Carrier 400G. Sie unterscheiden sich hauptsächlich durch die Anzahl der für die Übertragung verwendeten Wellenlängen. In diesem Beitrag erfahren Sie, was sie sind und welche Vor- und Nachteile sie jeweils haben.

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Single-Carrier für 400G OTN

Single-Carrier 400G oder Single-Wavelength 400G bedeutet, dass auf einer einzigen Wellenlänge eine Kapazität von 400G vorhanden ist. Der Single-Carrier 400G verwendet Modulationsformate hoher Ordnung wie PM-16QAM (Polarisation-Multiplexed-16 Quadratur-Amplitudenmodulation), PM-32QAM und PM-64QAM. Normalerweise wird ein optisches Single-Carrier 400G-Transportnetz nur für den Netzzugang, die Metro oder die DCI-Übertragung (Data Center Interconnection) verwendet.

Abbildung 1: Single-Carrier für 400G OTN

Nehmen wir als Beispiel PM-16QAM (Polarization-Multiplexed-16 Quadrature Amplitudenmodulation). PM bezieht sich auf ein Verfahren, bei dem das optische 400G-Signal (448Gbit/s) in zwei Signale aufgeteilt und für die Übertragung in zwei Polarisationsrichtungen - X und Y - moduliert wird, wodurch die ursprüngliche Signalrate auf die Hälfte (224Gbit/s) reduziert werden kann. QAM ist ein Verfahren, bei dem die Signale in X und Y getrennt werden, um die Rate weiter zu reduzieren. 16 steht für 4 Bits, was bedeutet, dass das Signal in X und Y jeweils in 4 Signale aufgeteilt wird und die Rate dementsprechend auf 1/4 der vorherigen 224 Gbit/s sinkt. Durch die Verwendung von PM-16QAM wird die Signalrate zu diesem Zeitpunkt 56G Baud (die Rate der elektrischen Verarbeitung).

Hinweis: Bei der derzeitigen Schaltungstechnik ist mit 100 Gbit/s die Grenze des elektronischen Engpasses erreicht. Wenn die Baudrate weiter steigt, werden Probleme wie Signalverluste, Verlustleistung und elektromagnetische Störungen ein Problem bleiben, das, selbst wenn es gelöst wird, enorme Kosten erfordert.

Abbildung 2: PM-16QAM

Vorteile von Single-Carrier für optische 400G-Transportnetze

• Im Vergleich zum Multi-Carrier-Schema ist Single-Carrier 400G eine einfachere Lösung für die Wellenlängenzuweisung mit einer einfacheren Struktur und geringerer Größe, die ein einfaches Netzwerkmanagement und einen geringen Stromverbrauch ermöglicht.

• Mit QAM höherer Ordnung kann Single-Carrier für 400G-OTN-Netzwerke die Signalraten und die Spektrumseffizienz erhöhen, was die Netzwerkkapazität und die Anzahl der zu unterstützenden Nutzer deutlich steigert.

• Durch die hohe Systemintegration können die einzelnen Subsysteme zu einem vollständigen System verbunden werden, das koordiniert arbeitet und die beste Gesamtleistung bietet.

Nachteile von Single-Carrier für optische 400G-Transportnetze

Da Single-Carrier für 400G-OTN-Netze fortschrittlicheres QAM verwendet, erfordert es ein höheres OSNR (Optical Signal Noise Ratio) und reduziert die Übertragungsdistanz erheblich (weniger als 200 km). Außerdem ist das Single-Carrier-Verfahren anfälliger für Laserphasenrauschen und nichtlineare Fasereffekte. Daher ist es die beste Lösung nur für einige spezielle Anwendungen, die keine Ultra-Langstrecken-Übertragungsstrecke, aber eine große Bandbreitenkapazität erfordern.

Dual-Carrier für 400G OTN

Dual-Carrier 400G, auch Dual-Wavelenght 400G genannt, bietet 400G-Kapazität über zwei 200G-Wellenlängen. Das Dual-Carrier-400G-System basiert auf dem 2×200G-Superkanal-Schema und verwendet Modulationsformate niedrigerer Ordnung wie PM-QPSK (Quadrature Phase Shift Keying, ein Symbol steht für zwei Bits, was bedeutet, dass die Rate auf die Hälfte reduziert wird), PM-8QAM oder PM-16QAM. Dual-Carrier für optische 400G-Transportnetze wird in komplexeren Metronetzen eingesetzt, um 400G-Langstreckenübertragungen zu erreichen.

Abbildung 3: Dual-Carrier für 400G OTN

Vorteile von Dual-Carrier für optische 400G-Transportnetze

• Die Spektrumeffizienz von Dual-Carrier 400G hat sich um mehr als 165 % erhöht, bei relativ hoher Systemintegration, geringer Größe und niedrigem Stromverbrauch. Dual-Carrier 400G wird als die am häufigsten verwendete Technologie für 400G OTN angesehen.

• Die Reichweite von Dual-Carrier 400G ist größer als die von Single-Carrier 400G, die bei kommerzieller Nutzung bis zu 500 km erreichen kann. Beim Einsatz von dämpfungsarmen Glasfaserkabeln und EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifiers) kann das Dual-Carrier 400G OTN-Netzwerk mehr als 1000 km abdecken, was im Grunde die 400G-Langstreckenübertragungsanwendung erfüllen kann.

Nachteile von Dual-Carrier für optische 400G-Transportnetze

Selbst mit dämpfungsarmen Glasfaserkabeln und EDFA erreicht Dual-Carrier 400G immer noch nicht die gleiche Reichweite wie Quad-Carrier 400G und eignet sich nicht für Ultra-Langstreckenübertragungen (ULH) über 2000 km.

Quad-Carrier für 400G OTN

Quad-Carrier 400G bezieht sich auf eine Lösung, die 400G-Kapazität über vier 100G-Wellenlängen bietet. Erreicht wird dies durch den Aufbau eines 400G-Superkanals auf der Grundlage von 100G PM-QPSK mit vier Trägern, der für die Ultra-Langstreckenübertragung (ULH) über 2000 km geeignet ist.

Abbildung 4: Quad-Carrier für 400G OTN

Vorteile von Quad-Carrier für optische 400G-Transportnetze

• Quad-Carrier für 400G-OTN-Netze nutzt die ausgereifte 100G-Übertragungstechnologie, die für kommerzielle Zwecke bereits weit verbreitet ist.

• Mit ihr lassen sich Ultra-Langstreckenübertragungen von mehr als 2000 km zu relativ geringen Kosten realisieren.

Nachteile von Quad-Carrier für optische 400G-Transportnetze

Ein Quad-Carrier-400G-System ist nur dann sinnvoll, wenn die Spektrum-Kompressionstechnologie eingeführt wird, um die Spektrumseffizienz zu verbessern, und der 100G-Chip aufgerüstet wird, um die Probleme der Integration und des Energieverbrauchs zu lösen. Andernfalls ist ein 400G-System, das auf dem aktuellen 100G-Chip aufgebaut ist, im Wesentlichen ein 100G-System.

Fazit

Insgesamt werden 400G-Langstreckenübertragungen hauptsächlich mit Single-Carrier, Dual-Carrier und Quad-Carrier realisiert. Single-Carrier für 400G-OTN-Netzwerke können nur eine Entfernung von weniger als 200 km abdecken; Dual-Carrier für 400G-OTN-Netzwerke sind die ideale Lösung für MAN-Übertragungen (mit PM-16QAM) und mittlere Langstreckenübertragungen (mit PM-QPSK); Quad-Carrier für 400G-OTN-Netzwerke haben die gleiche Übertragungsdistanz wie 100G und sind für ULH-Übertragungen geeignet. Da der weltweite Datenverkehr immer weiter ansteigt, gibt es kein Ende für den Bandbreitenbedarf. Auch wenn der Übergang zu 400G einige Zeit in Anspruch nehmen wird, können Sie sich über den aktuellen und zukünftigen Trend von 400G-Ethernet informieren, um erste Vorbereitungen zu treffen.