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Les optiques cohérentes numériques pour les applications 400G

Updated on juin 8, 2022
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Ces dernières années, la technologie de transmission optique cohérente est devenue de plus en plus un point chaud dans le domaine de la communication optique et a été largement déployée dans les réseaux dorsaux, les réseaux métropolitains et même les réseaux d'accès en périphérie, en raison de ses avantages uniques : haute sensibilité, long espacement des répéteurs et grande capacité de transmission.

Les optiques cohérentes numériques enfichables (DCO) sont actuellement développées pour les applications 400G, avec trois courants distincts qui émergent. Il s'agit de CFP2-DCO haute performance pour les applications multiservices et de portée de plus de 1000 km, de QSFP-DD DCO et d'OSFP-DCO pour les applications DCI et Ethernet métropolitain. Jetons un bref coup d'œil à ces émetteurs-récepteurs cohérents.

 

Pourquoi les optiques cohérents sont-ils importants pour les réseaux 400G ?

Un marché croissant pour le DCO a émergé dans des domaines tels que le DCI, et la communication optique cohérente est la principale orientation technologique pour atteindre le 400G. L'optique cohérente a joué un rôle important dans les liaisons de communication par fibre optique à longue distance. Elles se concentrent généralement sur les performances les plus élevées et utilisent des composants photoniques et ASIC personnalisés sur un grand module fixe. La figure ci-dessous montre les applications idéales du 400G dans les domaines DCI, métro et DWDM desservis par deux marchés distincts.

Deux marchés distincts de DCO pour les applications 400G

Figure 1 : Deux marchés distincts de DCO pour les applications 400G

L'optique client utilise généralement une modulation d'intensité simple (traditionnellement NRZ - on/off keying - OOK), mais avec l'émergence du 400G, les modulations PAM-4 sont désormais courantes pour tous les débits de 50G et plus sur une base par voie. La modulation cohérente utilise à la fois la phase et la polarisation de la lumière pour offrir des capacités de modulation bien plus élevées. Comme le récepteur est sensible à l'état de phase et de polarisation, la compensation de la dispersion peut également être effectuée électroniquement. La modulation conventionnelle nécessiterait une compensation de la dispersion des liaisons sur des distances supérieures à 40 km. Avec la modulation cohérente, les propriétés avancées de la lumière, de la polarisation et de la phase peuvent être exploitées pour obtenir des débits de données bien plus élevés, au prix d'une complexité accrue de l'émetteur et du récepteur. Les systèmes cohérents et DWDM typiques utilisent la bande de 1550 nm, c'est la zone de perte minimale qui est un facteur utile pour une plus grande portée tout en agissant avec la technologie de traitement du signal numérique (DSP) et l'algorithme FEC (Forward Error Correction) de haute performance.

 

Différents types d'émetteurs-récepteurs cohérents pour les applications 400G

Les émetteurs-récepteurs optiques cohérents enfichables CFP2-DCO, QSFP-DD DCO et OSFP-DCO prendront tous en charge des débits de transport de 100 à 400 Gbit/s. Pour les applications 400G ZR DCI, les principaux facteurs de forme ciblés sont QSFP-DD et OSFP pour les implémentations de plaque frontale les plus petites et les plus denses. Le CFP2-DCO, en raison de sa taille plus grande et de son enveloppe de puissance plus élevée, permettra plus de fonctionnalités et de caractéristiques et est donc plus susceptible d'être utilisé dans les applications métro-régionales.

Présentation du CFP2-DCO

Le CFP2 est une évolution du facteur de forme CFP, qui offre une largeur de boîtier de 82 mm et une consommation d'énergie inférieure à 24W. Dans le but de réduire la consommation d'énergie, de réduire la taille du boîtier, d'augmenter la capacité et de réduire les coûts, le CFP2 est conçu avec une largeur standard de 41,5 mm et permet initialement une consommation d'énergie de 12 W. Il présente des améliorations significatives en termes de performances comme le montre le tableau ci-dessous.

Facteur de forme Consommation d'énergie Taux de transfert maximal Capacité de transmission longue distance 200G Capacité de transmission sur réseau métropolitain 400G Consommation d'énergie électrique par 100G
CFP-DCO 32 200 Oui Oui 0,16
CFP2-DCO 24 400 Oui Oui 0,06

Tableau 1 : CFP-DCO vs CFP2-DCO

Les modules CFP2-DCO peuvent répondre aux besoins des réseaux métropolitains et d'accès, tandis que les économies de puissance et de densité du CFP2-DCO offrent une valeur considérable en termes de coût total de possession (TCO), où les coûts de climatisation, d'immobilier et d'alimentation doivent être pris en compte. Dans les limites de puissance du CFP2, les applications typiques du CFP2-DCO 400G peuvent également être étendues à la transmission sur réseau métropolitain jusqu'à 800 km, voire 1000 km, en fonction de la qualité de la liaison par fibre et de la portée de l'EDFA (amplificateur à fibre dopée à l'erbium). Pour les applications DCI, voici le diagramme de connectivité des émetteurs-récepteurs 200G/400G CFP2-DCO, dans lequel le mux/demux et l'EDFA permettent à la solution cohérente de gagner en flexibilité et en évolutivité.

Transceivers CFP2-DCO utilisés dans l'application DCI

Figure 2 : Transceivers CFP2-DCO utilisés dans l'application DCI 400G

Présentation de l'OSFP-DCO

L'émetteur-récepteur OSFP-DCO est conçu sur la base d'une modulation par déplacement de phase en quadrature à double polarisation (DP-QPSK) ou d'une modulation d'amplitude en quadrature à double polarisation (DP-16QAM) ou d'une modulation d'amplitude en quadrature à mise en forme de constellation probabiliste (PCS-16QAM), prenant en charge la bande C étendue, la détection cohérente en diversité de polarisation et l'égalisation électronique avancée de la liaison.

400G CFP2-DCO & 400G OSFP-DCO & 400G QSFP-DD DCO

Figure 3 : 400G CFP2-DCO & 400G OSFP-DCO & 400G QSFP-DD DCO

Ce facteur de forme est environ deux fois plus petit que le CFP2 et peut donc dissiper beaucoup moins de puissance électrique. La petite taille exige également que l'optique cohérente soit intégrée dans un seul boîtier, appelé Coherent Optical Sub Assembly (COSA), et que sa puissance soit considérablement réduite. La spécification côté client est de 15 W, mais on s'attend à ce que des modules cohérents puissent supporter des niveaux de puissance de 18 W et même plus, mais la gestion de la puissance est très serrée pour les applications multi-haul. Par conséquent, il est possible, mais difficile, de réaliser à la fois des télécommunications multi-haul et des ZR 400G dans un facteur de forme OSFP.

L'OSFP-DCO prend en charge des vitesses de transmission de 100/400 Gbps dans un standard industriel avec un DSP de 7 nm et peut être largement utilisé dans les applications de transport métropolitain, d'accès et de Cloud/DCI. Les émetteurs-récepteurs cohérents OSFP-400G-DCO peuvent atteindre une distance de transmission de 120 km et réaliser une interconnexion de centres de données (DCI) à très longue distance.

Présentation du QSFP-DD DCO

Le QSFP-DD est plus petit, consomme moins d'énergie et est plus flexible, comparé aux modules optiques emballés OSFP. Le QSFP-DD DCO prend également en charge la transmission 100G et 400G, mais il est en fait plus couramment utilisé sur le marché 400G. Deux émetteurs-récepteurs cohérents populaires dans ce boîtier sont 400G ZR et 400G ZR+. Le 400G ZR est destiné aux applications DCI de périphérie et de portée relativement courte, jusqu'à 120 km. Le module 400G ZR dans un facteur de forme QSFP-DD est conçu pour être utilisé par les opérateurs de centres de données à grande échelle et les réseaux de peering pour fournir des interconnexions à large bande passante. Quant au 400G ZR+, il s'agit d'une évolution du 400G ZR qui va bien au-delà de la spécification 80 km et permet une interopérabilité multi-fournisseurs. Le 400G ZR+ s'adresse aux applications des centres de données hyperscale pour les interconnexions périphériques et régionales à forte intensité.

Spécifications Débit de données Type de modulation Portée cible
OIF 400 ZR 400G DP-16QAM 80km-120km
ZR+ 400G DP-16QAM ≥ 120km

Tableau 2 : 400G ZR vs ZR+

Les modules 400G ZR et ZR+ représentent un bond en avant dans l'application de la technologie cohérente. Avec la modulation d'ordre supérieur et le DWDM débloquant une bande passante élevée, les modules cohérents 400G ZR et ZR+ peuvent réduire le coût et la complexité des interconnexions de centres de données de haut niveau. En plus de ceux-ci, il y a aussi 400G Open ZR+, avec une gamme plus large d'applications pour les opérateurs de métro, de backbone, de DCI et de télécommunications, conçu pour permettre une fonctionnalité améliorée et une performance améliorée dans des formes enfichables telles que QSFP-DD DCO et OSFP-DCO pour soutenir l'interopérabilité multi-fournisseur.

 

Conclusion

Les émetteurs-récepteurs optiques cohérents enfichables ont connu une longue période de mises à niveau et d'itérations et ont joué un rôle important dans la communication par fibre optique à haut débit et longue distance, apportant les avantages de l'optique client enfichable à une toute nouvelle gamme d'applications, notamment Metro, DCI et DWDM/Transport. Avec le développement rapide du déploiement du 400G, les émetteurs-récepteurs optiques cohérents 400G, y compris le CFP2-DCO, l'OSFP-DCO, le QSFP-DD DCO, auront certainement de larges perspectives.

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