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

Larry

Übersetzer*in Felix
20. Dezember 2019

Um eine 400G-Langstreckenübertragung (LH) zu erreichen, werden drei 400G-OTN-Technologien (Optical Transport Network) eingesetzt, die den Anforderungen gerecht werden: Single-Carrier 400G, Dual-Carrier 400G und Quad-Carrier 400G. Sie unterscheiden sich vor allem durch die Anzahl der für die Übertragung verwendeten Wellenlängen. In diesem Beitrag werden diese und ihre jeweiligen Vor- und Nachteile aufgezeigt.

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.

Figure 1 Single-Carrier for 400G OTN.png

Nehmen wir als Beispiel PM-16QAM. PM bezieht sich auf einen Prozess, bei dem das optische Signal von 400G (448Gbit/s) in zwei Signale getrennt und so moduliert wird, dass es in zwei Polarisationsrichtungen – X und Y – übertragen wird, wodurch die ursprüngliche Signalrate halbiert werden kann (224Gbit/s). QAM ist ein Prozess der Trennung der Signale in X und Y, 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 auf der Basis der vorherigen 224 Gbit/s sinkt. Bei Verwendung von PM-16QAM beträgt die Signalrate in diesem Moment 448÷2 (PM)÷4 (16QAM)=56G Baud. Warum müssen wir die Baud (die Rate der elektrischen Verarbeitung) verringern? Weil in der heutigen Schaltungstechnik 100Gbit/s an die Grenze des elektronischen Engpasses gestoßen ist. Wenn die Rate weiter zunimmt, werden Probleme wie Signalverlust, Verlustleistung und elektromagnetische Interferenzen ein Problem bleiben, was enorme Kosten verursacht.

Figure 2 PM-16QAM Single-Carrier 400G OTN.png


  • Vorteile: Im Vergleich zum Multi-Carrier-System ist das Single-Carrier-400G-System eine einfachere Wellenlängenzuweisungslösung mit einfacherer Struktur und geringer Größe. Außerdem bietet es eine einfache Netzverwaltung und einen geringen Stromverbrauch. Mit QAM höherer Ordnung kann ein Single-Carrier-System die Signalraten und die Spektrumseffizienz erhöhen, wodurch die Netzwerkkapazität erheblich erweitert und die Anzahl der zu unterstützenden Benutzer erhöht wird. Außerdem kann er bei hoher Systemintegration die einzelnen Subsysteme zu einem vollständigen System verbinden und dafür sorgen, dass sie miteinander koordiniert arbeiten und die beste Gesamtleistung erzielen. Mit einem Single-Carrier erhalten Sie also die kostengünstigste Lösung.

  • Nachteile: Da Single-Carrier moderneres QAM einsetzt, benötigen sie einen höheren OSNR (Optical Signal Noise Ratio) und reduzieren die Übertragungsdistanz (weniger als 200 km) erheblich. Außerdem ist der Single-Carrier anfälliger für Laserphasenrauschen und nichtlineare Fasereffekte. Es ist die beste Lösung nur für einige spezifische Anwendungen, die keine Ultra-Langstrecken-Übertragungsstrecke, sondern eine große Bandbreitenkapazität erfordern. Normalerweise wird Single-Carrier 400G nur für den Netzwerkzugang, die Metro- oder die DCI-Übertragung (Data Center Interconnection) verwendet.

Dual-Carrier für 400G OTN

Dual-Carrier 400G (auch Dual-Wavelength 400G) bietet 400G-Kapazität über zwei 200G-Wellenlängen. Im Vergleich zur Single-Carrier-400G-Lösung verwendet das Dual-Carrier-400G-System, das auf dem 2×200G-Superkanal-Schema basiert, Modulationsformate niedrigerer Ordnung wie PM-QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), PM-8QAM oder PM-16QAM. Dual-Carrier wird in komplexeren Metro-Netzen eingesetzt, um eine 400G-Langstreckenübertragung zu erreichen.

Figure 3 Dual-Carrier for 400G Optical Transmission.png

  • Vorteile: Die Spektrumseffizienz von Dual-Carrier 400G ist um mehr als 165% gestiegen, bei relativ hoher Systemintegration, geringer Größe und niedrigem Stromverbrauch. Dual-Carrier 400G gilt als die am häufigsten verwendete Technologie für 400G OTN. Die Reichweite von Dual-Carrier 400G ist länger als die von Single-Carrier 400G, die bei kommerzieller Nutzung bis zu 500 km erreichen kann. Wenn sie mit dämpfungsarmen Glasfaserkabeln und EDFA (Erbium-dotierte Faserverstärker) eingesetzt wird, kann Dual-Carrier 400G mehr als 1000 km abdecken, was eine 400G-Langstreckenübertragungsanwendung abdecken kann.

  • Nachteile: selbst mit EDFA und dämpfungsärmeren Glasfaserkabeln erreicht der Dual-Carrier 400G immer noch nicht so hohe Reichweiten wie der Quad-Carrier 400G und eignet sich daher nicht für die Ultra-Langstreckenübertragung (ULH) über 2.000 km.

Quad-Carrier für 400G OTN

Quad-Carrier 400G bezieht sich auf eine Lösung, die eine 400G-Kapazität über vier 100G-Wellenlängen bietet. Sie wird durch den Aufbau eines 400G-Superkanals auf der Basis von 100G PM-QPSK mit vier Trägern erreicht.

Figure 4 Quad-Carrier for 400G Optical Transmission.png

  • Vorteile: Quad-Carrier 400G übernimmt die ausgereifte 100G-Übertragungstechnologie, die für kommerzielle Zwecke weit verbreitet ist. Sie kann eine Ultra-Langstreckenübertragung von mehr als 2000 km zu relativ niedrigen Kosten erreichen.

  • Nachteile: Das Quad-Carrier-400G-System macht nur Sinn, wenn die Spektrum-Kompressionstechnologie eingeführt wird, um die Effizienz des Spektrums zu verbessern, und der 100G-Chip aufgerüstet wird, um die Probleme der Integration und des Stromverbrauchs zu lösen. Ansonsten ist ein 400G-System, das auf dem aktuellen 100G-Chip aufgebaut ist, im Wesentlichen ein 100G-System.

Fazit

Gegenwärtig wird die 400G-Langstreckenübertragung hauptsächlich durch Single-, Dual- und Quad-Carrier realisiert. Single-Carrier 400G mit PM-16QAM/32QAM/64QAM ist in der Übertragung begrenzt, weil nur eine Entfernung von weniger als 200km überbrückt werden kann. Durch die Verwendung von EDFA und gewöhnlicher G.652-Faser ist Dual-Carrier 400G mit PM-16QAM die ideale Lösung für die MAN-Übertragung, und Dual-Carrier 400G mit PM-QPSK ist für die Übertragung auf mittleren Langstrecken geeignet. Das Quad-Carrier 4x100G-Schema ist im Wesentlichen die 100G-Technologie, die die gleiche Übertragungsdistanz wie 100G hat und für die ULH-Übertragung geeignet ist. Da der weltweite Datenverkehr immer weiter zunimmt, gibt es kein Ende für den Bandbreitenbedarf. Auch wenn die Umstellung auf 400G noch einige Zeit in Anspruch nehmen kann, können Sie sich bereits heute auf FS.COM über den aktuellen und zukünftigen 400G-Ethernet-Markt informieren.

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