Ottica coerente e applicazioni 400G

Nell'odierno ambiente high-tech guidato dai dati, gli operatori di rete devono far fronte a una crescente richiesta di supporto per il traffico di dati in continuo aumento, mantenendo al contempo sotto controllo gli investimenti di capitale e le spese operative. I progressi nella tecnologia dei componenti di larghezza di banda, nel rilevamento coerente e nella rete ottica hanno visto la nascita di interfacce coerenti che consentono un controllo efficiente, costi, potenza e ingombri ridotti.

Qui di seguito abbiamo approfondito il tema del 400G, dell'ottica coerente e di come questi due elementi stiano trasformando la comunicazione dei dati e le infrastrutture di rete in modo vantaggioso per i clienti e i fornitori di servizi di rete.

Cosa è il 400G?

400G è l'ultima generazione di infrastrutture cloud, con un aumento quadruplo della velocità massima di trasferimento dei dati rispetto all'attuale standard massimo di 100G. Oltre a essere più veloce, il 400G dispone di un maggior numero di corsie in fibra, consentendo un migliore throughput (la quantità di dati gestiti in una volta). Pertanto, i data center stanno passando all'infrastruttura 400G per offrire nuove esperienze agli utenti con servizi innovativi come la realtà aumentata, il virtual gaming, la VR, ecc.

In parole povere, i data center sono come uno svincolo autostradale che riceve e indirizza le informazioni verso varie destinazioni e il 400G è un avanzamento dello svincolo che aggiunge più corsie e un limite di velocità più elevato. Questo non solo rende il 400G l'infrastruttura cloud di riferimento, ma anche la prossima grande novità delle reti ottiche.

Cosa è l'ottica coerente?

La trasmissione ottica coerente o ottica coerente è una tecnica che utilizza una variazione dell'ampiezza e della fase o del segmento di luce e la trasmissione attraverso due polarizzazioni per trasportare un numero significativamente maggiore di informazioni attraverso un cavo in fibra ottica. L'ottica coerente offre inoltre velocità di trasmissione più elevate, maggiore flessibilità, sistemi di linee fotoniche più modesti e prestazioni ottiche avanzate.

Questa tecnologia è alla base della spinta del settore ad abbracciare la velocità di trasferimento della rete di 100G e oltre, fornendo terabit di dati attraverso una coppia di fibre. Se implementata in modo appropriato, l'ottica coerente risolve i problemi di capacità dei fornitori di rete. Inoltre, consente una maggiore scalabilità da 100 a 400G e oltre per ogni portatore di segnale. In questo modo si ottiene una maggiore velocità di trasmissione dei dati a un costo per bit relativamente più basso.

Fondamenti della comunicazione in ottica coerente

Prima di esaminare le principali proprietà della comunicazione in ottica coerente, cerchiamo di capire il breve sviluppo di questa tecnica di trasmissione dati. Idealmente, i sistemi in fibra ottica sono stati introdotti sul mercato a metà degli anni '70 e da allora sono stati compiuti enormi progressi. Le tecnologie successive hanno cercato di risolvere alcuni dei principali problemi di comunicazione riscontrati all'epoca, come i problemi di dispersione e le elevate perdite delle fibre ottiche.

Sebbene la comunicazione ottica coerente con rilevamento eterodina sia stata proposta nel 1970, non è diventata popolare perché lo schema IMDD dominava i sistemi di comunicazione in fibra ottica. All'inizio degli anni 2000, i sistemi ottici di quinta generazione sono entrati sul mercato con un obiettivo principale: rendere il sistema WDM efficiente dal punto di vista spettrale. Nel 2005 sono stati compiuti ulteriori progressi, portando alla luce la tecnologia a coerenza digitale e la multiplazione a divisione spaziale.

Ora che conoscete un po' lo sviluppo della tecnologia ottica coerente, ecco alcuni degli attributi critici di questa tecnologia di trasmissione dati.

• High-grain soft-decision FEC (forward error correction)：In questo modo i dati/segnali possono percorrere distanze maggiori senza dover ricorrere a diversi punti di rigenerazione successivi. Il risultato è un margine maggiore, meno apparecchiature, linee fotoniche più semplici e costi ridotti.

• Forte attenuazione della dispersione: I processori coerenti tengono conto degli effetti di dispersione una volta che i segnali sono stati trasmessi attraverso la fibra. I processori di segnale digitali avanzati aiutano anche a evitare i problemi di pianificazione delle mappe di dispersione e di budget per la dispersione in modalità di polarizzazione (PMD).

• Programmabilità: Ciò significa che la tecnologia può essere adattata a un'ampia gamma di reti e applicazioni. Inoltre, una scheda può supportare diverse velocità di trasmissione o diversi formati di modulazione, consentendo agli operatori di scegliere tra diverse velocità di linea.

L'ascesa dei dispositivi pluggable coerenti 400G ad alte prestazioni

Con le applicazioni 400G, stanno emergendo due flussi di ottiche coerenti collegabili. La prima è una soluzione basata su CFP2 con capacità di portata di oltre 1000 km, mentre la seconda è una soluzione QSFP DD ZR per applicazioni Ethernet e DCI. Questi due flussi comportano sfide di misurazione e test per soddisfare specifiche tecniche rigorose e garantire un'integrazione e un posizionamento indolore in un ecosistema di rete aperto.

Per testare i transceiver ottici coerenti 400G e i loro sottocomponenti, è necessario utilizzare apparecchiature di prova in grado di produrre segnali puliti e di analizzarli. La larghezza di banda di misura dell'apparecchiatura di test deve inoltre essere superiore a 40 GHz. Per i segnali in fase e quadratura (IQ) a doppia polarizzazione, lo stimolo e l'analisi devono variare le forme degli impulsi e gli schemi di modulazione sui quattro canali sincronizzati. Ciò si ottiene utilizzando strumenti basati su DAC (convertitori digitali-analogici) e ADC (convertitori analogici-digitali) ad alta velocità. Per aumentare l'efficienza dei test sono necessari strumenti moderni che offrano una serie completa di procedure, comprese interfacce in grado di funzionare con algoritmi automatizzati.

Interfacce in ottica coerente e architetture 400G

Il supporto di ottiche di trasporto in fattori di forma simili a quelli delle ottiche client è fondamentale per gli operatori di rete, perché consente di realizzare architetture più semplici ed economiche. La recente tendenza del settore verso sistemi a linea aperta significa anche che queste ottiche di trasporto possono essere collegate direttamente al router senza richiedere un sistema di trasmissione esterno.

Anche alcuni operatori di rete stanno adottando architetture 400G e, grazie a interfacce coerenti standardizzate e interoperabili, stanno emergendo ulteriori implementazioni e casi d'uso. Oltre a DCI, diversi standard applicativi, come ad esempio Open ROADM e OpenZR+, offrono ora agli operatori di rete maggiori prestazioni e funzionalità senza sacrificare l'interoperabilità tra i moduli.