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Test des émetteurs-récepteurs 400G : Les défis et avantages

Larry

Traducteur David
23 décembre 2019

Les exigences en matière de largeur de bande et de vitesse augmentent le besoin de modules optiques et Ethernet 400G et dans les interconnexions des grands centres de données. De nombreux fabricants d'équipements de réseau, fournisseurs de services en nuage et vendeurs d'émetteurs-récepteurs optiques se sont précipités sur le marché du 400G. Et un nombre considérable de nouveaux produits seront introduits sur le marché pour répondre à cette demande croissante. Mais garantir un produit qualifié n'est pas facile, en particulier les éléments essentiels d'interconnexion - les émetteurs-récepteurs optiques. Cet article analyse les défis et les éléments clés du test de l'émetteur-récepteur 400G.

Les défis du test de l'émetteur-récepteur 400G

Les réseaux Ethernet 200G et 400G ont tous deux introduit plusieurs nouveaux types d'émetteurs-récepteurs optiques, et le groupe IEEE et MSA (Multi-source Agreement) a déterminé les facteurs de forme spécifiques : QSFP-DD, OSFP, et CFP8. Les interfaces électriques de ces émetteurs-récepteurs utilisent soit 16 voies électriques de 28 Gb/s par voie de signalisation avec modulation NRZ (non-retour à zéro), soit les voies plus récentes à 4 ou 8 voies de 56 Gb/s par voie de signalisation avec modulation PAM4 (amplitude d'impulsion à 4 niveaux).

Support physique Interface électrique Mode Quantité de Fibres Portée Méthode d'encodage
400GBASE-SR16 16x 25Gb/s Monomode 16 100 mètres NRZ
400GBASE-DR4 8x 50Gb/s Monomode 4 500 mètres PAM4
400GBASE-FR8 8x 50Gb/s
16x 25Gb/s
Monomode 8 WDM 2 kilomètres PAM4
400GBASE-LR8 8x 50Gb/s
16x 25Gb/s
Monomode 8 WDM 10 kilomètres PAM4
200GBASE-DR4 8x 50Gb/s Monomode 4 500 mètres PAM4
200GBASE-FR4 8x 50Gb/s Monomode 4 WDM 2 kilomètres PAM4
200GBASE-LR4 8x 50Gb/s Monomode 4 WDM 10 kilomètres PAM4

Des vitesses plus élevées et l'utilisation de la modulation PAM4 apportent de grandes améliorations au niveau du débit, mais entraînent également une grande complexité au niveau de la couche physique, et provoquent des erreurs de transmission du signal avec facilité.

Le premier problème est que la vitesse de voie plus élevée dans les interfaces électriques 400G augmente le bruit (également appelé rapport signal/bruit) dans la transmission des signaux. Et le taux élevé du rapport signal/bruit provoque une augmentation du taux d'erreur binaire (BER), qui à son tour affecte la qualité du signal.

En outre, sur la couche physique, pour les modules optiques 400G, ses interfaces à haute vitesse incluent davantage d'interfaces électrique d'entrée et de sortie, d'interfaces optique d'entrée et de sortie optique ainsi que d'autres interfaces de gestion d’alimentation et de vitesse. La performances de ces interfaces doivent correspondre à la conformité des normes 400G. Toutefois, la taille des émetteurs-récepteurs 400G est similaire à celle des émetteurs-récepteurs 100G existants, l'intégration de ces interfaces nécessite une technologie de production plus sophistiquée, ainsi que des tests de performance correspondants pour garantir la qualité de ces modules.

En même temps, la complexité du test de l'émetteur-récepteur 400G apporte également de nouveaux défis pour les vendeurs de modules optiques. Pour garantir la qualité de l'émetteur-récepteur, les fournisseurs doivent attribuer une grande importance à l'équipement de test de l'émetteur-récepteur et aux techniques de R&D. Comment s'assurer que les nouveaux produits sont en mesure de supporter la mise à niveau 400G tout en amortissant les coûts de développement et de test de fabrication associés qui peuvent réduire la compétitivité des modèles de prix ?

Éléments essentiels du test de l'émetteur-récepteur 400G

Bien que les normes Ethernet 400G aient été approuvées depuis des années, l'ensemble du secteur, y compris les fabricants d'équipements d'origine et les opérateurs de réseaux/centres de données, continue de se pencher sur des problèmes de connectivité courants, en essayant de résoudre des problèmes qui concernent la fiabilité de l'émetteur-récepteur, les défauts de liaison, erreurs de trame excessive et la perte importante de paquets. Pour les fournisseurs d'émetteurs-récepteurs, les tests de qualité des produits sont essentiels pour établir des connexions fiables avec les clients. Nous allons examiner les principaux éléments du processus de test de l'émetteur-récepteur 400G.

Tests de performance du taux d'extinction et du niveau de puissance optique

Le taux d'extinction (ER) est un indicateur important pour mesurer la performance des émetteurs optiques 400G, et est aussi le test le plus compliqué. ER est le rapport des logarithmes de puissance optique lorsque le laser émet le niveau élevé et le niveau le plus faible après que les signaux électriques ont été modulés en signaux optiques. Le test ER peut indiquer si un laser fonctionne au point de polarisation optimal et dans la plage d'efficacité de modulation la plus favorable. L'OMA (amplitude de modulation optique externe) peut mesurer les différences de puissance lorsque le laser de l'émetteur-récepteur s'allume et s'éteint, ce qui permet de tester les performances de fonctionnement de l'émetteur-récepteur sous un autre aspect. L'ER et la puissance moyenne peuvent être mesurés par les oscilloscopes optiques courants.

Transmission des tests de performance

L'émetteur-récepteur 400G est une intégration plus complexe par rapport aux modules QSFP28 et QSFP+ existants, ce qui impose également des exigences plus élevées pour le test de ses performances de transmission. La RFC 2544 définit les indicateurs de test de performance suivants pour les réseaux et les dispositifs : débit, retard et taux de perte de paquets. Dans cette procédure de test, les interfaces électriques et optiques seront testées et vérifieront que la qualité du signal transmis et reçu ne subira pas de distorsion.

Test du diagramme de l'œil

Différent du diagramme à œil unique de la modulation NRZ dans les émetteurs-récepteurs optiques 100G, le diagramme de l’œil PAM4 a trois yeux. Et PAM4 double l'efficacité du support de bits par rapport à NRZ, mais il présente toujours des problèmes de bruit, de linéarité et de sensibilité. L'IEEE propose d'utiliser le PRBS13Q pour tester le diagramme de l'œil optique PAM4. Les indicateurs principaux du test sont la hauteur et la largeur des yeux. Les indicateurs principaux du test sont la hauteur et la largeur de l’oeil. En vérifiant la hauteur et la largeur des yeux dans le résultat du test, les utilisateurs peuvent savoir si la qualité de la linéarité du signal de l'émetteur-récepteur 400G est bonne ou non.

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

Test de gigue (Jitter)

Les tests de gigue sont principalement conçus pour les gigues de sortie des émetteurs et la tolérance de gigue des récepteurs. La gigue inclut la gigue aléatoire et la gigue déterministe, étant donné que la gigue déterministe est prévisible par rapport à la gigue aléatoire, il est possible de configurer l'émetteur et le récepteur pour la supprimer. Dans un environnement de test réel, le test de gigue est effectué en même temps que le test de diagramme de l’oeil pour vérifier les performances de l'émetteur et du récepteur 400G.

Test de taux d'erreur binaire (BER) en conditions réelles de travail

Dans cette procédure de test, un émetteur-récepteur optique 400G est branché sur les commutateurs 400G pour tester ses performances de fonctionnement, son BER et sa capacité de tolérance aux erreurs dans un environnement réel. Comme mentionné ci-dessus, l'augmentation du taux d’erreur binaire (BER) dans les voies d'émission-réception optiques 400G est plus élevée en raison d’une vitesse plus rapide, ce qui entraîne des problèmes de transmission dans la plupart des liaisons 400G. Par conséquent, la technologie FEC (forward error correction) est appliquée pour améliorer la qualité de la transmission des signaux.

La FEC ajoute un nombre prédéterminé de bits redondants dans une transmission de données qui sont des bits de contrôle d'erreur (codage de ceux-ci avec les données). Les bits de contrôle d'erreur sont ensuite utilisés par le récepteur de la transmission de données pour décoder et corriger les bits erronés. La FEC permet d'envoyer et de recevoir des données dans des environnements de signalisation extrêmement bruyants, ce qui permet de transmettre des données sans erreur sur une liaison 400G.

Dans ce processus de test en conditions réelles, le BER (Taux d’erreur binaire) d'origine de l'émetteur-récepteur optique et le BER corrigé par la FEC doivent être testés, pour vérifier si l'ensemble des performances de la liaison est affecté lorsqu'un symbole d'erreur aléatoire ou une déviation de fréquence se produit.

Avantages du test de l'émetteur-récepteur 400G

Propulsée par la 5G, l'intelligence artificielle (IA), la réalité virtuelle (VR), l'Internet des objets (IoT) et les véhicules autonomes, malgré les multiples problèmes techniques de test des émetteurs-récepteurs qui doivent être résolus, la demande croissante du marché de l'Ethernet 400G est loin de s'arrêter. De nombreux fabricants comme Cisco, Arista, Fisinar, etc. et des fournisseurs de solutions de test comme Keysight et Ixia, ont commercialisé leurs propres solutions de produits 400G. Dans cette situation, pour certains petits vendeurs de modules optiques, le test de l'émetteur-récepteur 400G est l'un des éléments clés dont ils doivent tenir compte, car la manière d'améliorer la qualité des produits 400G et la vitesse d'approvisionnement déterminera le profit qu'ils obtiendront du marché du 400G. Renseignez-vous sur le marché actuel et futur de l'Ethernet 400G pour vous préparer à l'ère de la connectivité à haut débit.

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