Un'Immersione Più Approfondita nel Transceiver QSFP-DD 400G con DWDM Coerente

La sinergia tra DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) e tecnologia di routing si pone come il perno per la realizzazione del modulo ottico 400G QSFP-DD DWDM. Negli ultimi tempi, l'avvento dei moduli ottici pluggable coerenti 400G DWDM ha stimolato lo sviluppo di prodotti DWDM coerenti. Questo documento mira a svelare le complessità dei moduli ottici pluggable coerenti 400G DWDM, guidando i progressi nei prodotti DWDM coerenti per soluzioni di comunicazione ottica all'avanguardia.

Sviluppo del Trasmettitore Ottico Coerente DWDM

In meno di un decennio, i moduli DWDM hanno visto progressi notevoli, con i dispositivi ottici che diventano più piccoli e veloci. Le velocità sono aumentate di dieci volte durante questo periodo, passando da 40G nel 2011 a 400G. Nel 2022, i moduli ottici pluggable 800G erano già sul mercato. Ora, i moduli coerenti si sono evoluti in 400G ZR e 400G ZR+ in pacchetti QSFP-DD, utilizzando la stessa tecnologia dei CFP2-DCO ma in una dimensione più compatta. Questa confezione compatta di dispositivi ottici coerenti 400G DWDM offre una soluzione valida per la convergenza del routing e del DWDM.

Standard del Trasmettitore Ottico Coerente 400G DWDM

Il 400G si è evoluto per abbracciare più standard, come 400 ZR, 400G ZR+, 400G OpenROADM e 400G OpenZR+. Ognuno di questi standard rappresenta una direzione di sviluppo distinta, soddisfacendo requisiti e applicazioni specifiche nel campo in rapida evoluzione della comunicazione ottica ad alta velocità.

Standard dei Protocolli di Comunicazione 400G

400G ZR

L'OIF ha rilasciato l'Accordo di Implementazione 400ZR nel 2020. 400ZR si concentra su applicazioni di interconnessione di data center a corto raggio (entro 120 km). 400ZR definisce un'interfaccia coerente pluggable 400G, che elimina il problema della perdita di superficie causata dalla differenza di dimensione tra i dispositivi ottici DWDM e i dispositivi ottici lato client, rivoluzionando efficacemente IP su DWDM (IPoDWDM).

I seguenti sono i principali vantaggi del 400ZR :

• Lo standard 400ZR impiega uno schema di modulazione a ampiezza di quadratura a doppia polarizzazione e 16 stati (DP-16QAM). Codificando le informazioni in due polarizzazioni di luce, raddoppia efficacemente la capacità di trasmissione del convenzionale 16-QAM.

• Lo standard 400ZR è comunemente associato al fattore di forma QSFP-DD, noto per la sua dimensione compatta. Questi fattori di forma sono progettati per offrire la densità di facciata essenziale per le architetture di sistema degli operatori telecom e, in particolare, datacom.

400G ZR＋

"ZR+" si riferisce a una serie di soluzioni pluggable coerenti in grado di supportare capacità di linea fino a 400 Gb/s e raggiungere distanze superiori all'intervallo specificato di 80 km per 400ZR. Queste soluzioni sono progettate per soddisfare vari requisiti di applicazione. I progressi nelle soluzioni pluggable coerenti a bassa potenza saranno sfruttati dalle reti metro-regionali di nuova generazione, in particolare nelle interfacce hardware multi-port dove necessario. Queste reti metropolitane beneficeranno di una maggiore modularità, consentendo di supportare più capacità di canale in base ai requisiti di portata e alla compatibilità con l'infrastruttura ottica metropolitana esistente.

I seguenti sono i principali vantaggi del 400 ZR＋:

• ZR+ è un'estensione semplice delle mappature transcoded del 400ZR di Ethernet con un FEC di prestazioni superiori rispetto al 400ZR CFEC per supportare portate più lunghe.

• I dispositivi pluggable coerenti ZR+ avanzano il design dei componenti introducendo elementi di soluzioni ad alte prestazioni, raggiungendo un basso consumo energetico, la pluggabilità e la modularità.

400G OpenROADM

Il progetto Open ROADM è stato avviato nel 2016. Il progetto Open ROADM ha delineato tre funzioni distinte – ottiche pluggable, trasponder e ROADM – tutte governate da un'API basata su standard aperti accessibile tramite un controller SDN.

I seguenti sono i principali vantaggi del 400G OpenROADM:

• Ha specificato interfacce che vanno da 100G a 400G per i protocolli Ethernet e Optical Transport Networking (OTN), vantando una portata di collegamento fino a 500 km, fornendo un supporto e scenari di applicazione più ampi per l'applicazione di moduli 400G DWDM QSFP-DD coerenti.

• Il progetto ha introdotto un robusto algoritmo di Correzione degli Errori Avanzata (FEC) noto come open FEC (oFEC) per supportare portate estese. L'applicazione della tecnologia oFEC consente ai moduli DWDM QSFP-DD di correggere meglio gli errori nella trasmissione dei dati durante le trasmissioni a lungo raggio, migliorando l'affidabilità e la stabilità della trasmissione.

400G OpenZR+

L'Accordo Multi-Source OpenZR+ (MSA) è stato rilasciato a settembre 2020. Data la limitazione del protocollo 400ZR nel gestire coperture su diverse centinaia di chilometri e fornire la flessibilità richiesta per gli operatori che definiscono tassi di trasmissione e tipi di modulazione per il collegamento, è evidente la necessità dell'emergere del 400 OpenZR+.

I seguenti sono i vantaggi del 400 OpenZR+ rispetto al 400ZR:

• Utilizzando l'oFEC migliorato come definito dallo standard Open ROADM.

• Implementando Ethernet a più tassi per multiplexare segnali da 100G e 200G, offrendo maggiore flessibilità nell'ottimizzazione del traffico attraverso i collegamenti di trasporto.

• Supportando collegamenti di trasporto di 100G, 200G, 300G o 400G con vari tipi di modulazione (QPSK, 8QAM o 16QAM), consentendo una maggiore portata e ottimizzazione della capacità per i collegamenti in fibra.

• Migliorando la compensazione della dispersione per rafforzare la robustezza del collegamento in fibra.

Figura 2: Evoluzione degli Standard di Protocollo 400G

Tecnologia Coerente nel 400G DWDM QSFP-DD

Perché Usare DWDM?

Sfide

Attualmente, la fibra ottica ha raggiunto in gran parte costi bassi e perdite minime. Tuttavia, la sfida di raggiungere alta capacità su lunghe distanze rimane irrisolta.

Motivi

• Espansione della Larghezza di Banda

DWDM consente di trasmettere più lunghezze d'onda ottiche attraverso una singola fibra ottica simultaneamente, espandendo notevolmente la capacità di larghezza di banda della rete.

• Ottimizzazione dell'Infrastruttura

Sfruttando la tecnologia DWDM, i fornitori di servizi possono ottimizzare la loro infrastruttura ottica esistente, utilizzando efficacemente le risorse in fibra disponibili.

• Scalabilità

Le reti DWDM offrono scalabilità, consentendo un'agevole espansione della capacità della rete semplicemente aggiungendo lunghezze d'onda aggiuntive senza la necessità di stendere nuovi cavi in fibra.

• Efficienza dei Costi

Consolidando più flussi di dati su una singola fibra ottica, DWDM riduce la necessità di ulteriore infrastruttura fisica, risparmiando così sui costi per gli operatori di rete.

Perché il DWDM QSFP-DD Ha Necessità della Tecnologia Coerente per Aumentare la Larghezza di Banda？

• Mitigazione dell'Attenuazione della Fibra Ottica

Con l'aumento della larghezza di banda della rete, problemi come l'attenuazione della fibra ottica diventano sempre più evidenti. La tecnologia DWDM coerente affronta questa sfida utilizzando strumenti come l'elaborazione del segnale digitale (DSP) e algoritmi avanzati di correzione degli errori (FEC). Queste tecnologie lavorano insieme per migliorare la qualità e la stabilità dei segnali ottici su lunghe distanze, affrontando efficacemente gli effetti dell'attenuazione, della dispersione e di altri fattori.

• Miglioramento dell'Efficienza Spettrale

I formati di modulazione coerente migliorano l'efficienza spettrale utilizzando simboli di modulazione avanzati e codifica del segnale compatta, consentendo di imballare più dati in ciascun canale di lunghezza d'onda. Questa strategia massimizza l'uso dello spettro senza richiedere una larghezza di banda più ampia. Di conseguenza, le velocità di trasmissione dei dati aumentano senza espandere lo spettro, risultando in un throughput di dati più elevato all'interno della larghezza di banda in fibra esistente.

• Estensione della gamma di trasmissione

Con la tecnologia di trasmissione coerente, gli algoritmi avanzati di correzione degli errori in avanti (FEC) svolgono un ruolo cruciale nel superare il degrado del segnale su lunghe distanze, garantendo una trasmissione affidabile su migliaia di chilometri per i sistemi DWDM. Questo metodo implica l'impiego di tecniche di rilevamento e correzione degli errori, l'implementazione di codici di correzione degli errori in avanti e l'aggiustamento dinamico dei parametri per estendere le gamme di trasmissione e migliorare la copertura del sistema.

Conclusione

In sintesi, l'integrazione della tecnologia DWDM e dell'ottica coerente nei transceiver QSFP-DD rappresenta un passo significativo in avanti nelle comunicazioni ottiche ad alta velocità. Con standard come 400ZR, 400G ZR+, 400G OpenROADM e 400G OpenZR+, l'industria si sta espandendo rapidamente per soddisfare le diverse esigenze applicative. La tecnologia coerente affronta sfide come l'attenuazione della fibra ottica, migliorando l'efficienza spettrale e estendendo le gamme di trasmissione per reti ottiche scalabili, affidabili e convenienti. L'innovazione continua migliorerà ulteriormente i transceiver DWDM coerenti, migliorando la connettività e l'efficienza nelle infrastrutture di telecomunicazioni e comunicazione dati.