Kohärente Optik in DCI: Von 100G bis 800G und der Weg zu 1,6T

Der DCI-Branche hat sich im letzten Jahrzehnt erheblich weiterentwickelt. Vor zehn Jahren war sie vorwiegend Langstrecken-Technologie für Telefonnetze. Heute bildet DCI die Grundlage unserer cloudbasierten und KI-getriebenen Wirtschaft. Die kohärente Optik steht im Zentrum dieser Entwicklung und ermöglicht die Kapazitätssteigerungen, die unsere digitale Wirtschaft benötigt. Wenn Sie als Netzbetreiber über die Zukunft nachdenken, ist es entscheidend, fundierte Kenntnisse der Historie zu besitzen, um Ihre DCI-Strategie der nächsten Generation zu informieren.

Warum kohärente Optik für DCI unverzichtbar geworden ist

Die ursprüngliche Form der optischen Kommunikation nutzte die direkte Detektion, bei der ausschließlich die Amplitude des Lichts moduliert wurde. Mit steigenden Geschwindigkeiten stieß diese grundlegende Technik an ihre Grenzen. Bei kohärenter Optik hingegen wird Information durch Variationen von Amplitude und Phase übertragen und kann sogar gleichzeitig über beide Polarisationen gesendet werden. Dadurch steigt die Anzahl der Bits, die auf einem einzigen Lichtsignal übertragen werden können, drastisch an.

Die technologische Innovation beruht auf einer Technologie namens digitale Signalverarbeitung (DSP). Auf der Empfängerseite kompensieren Algorithmen, die auf der DSP basieren, optische Störungen wie chromatische Dispersion und Polarisationsmodendispersion, die das Signal sonst während der Übertragung durch das Netzwerk beeinträchtigen würden. Das Ergebnis ist ein erheblicher Gewinn an spektraler Effizienz sowie die Möglichkeit, Hochgeschwindigkeits-, Langstrecken- und Hochkapazitäts-Übertragung zu realisieren, die mit Direkt-Detektions-Technologie nicht erreicht werden kann. Tatsächlich ist die kohärente Übertragung heute bei Geschwindigkeiten von 100 Gbps und darüber sowie bei Entfernungen von 40 km und mehr der de-facto-Standard.

Die Entwicklung von 100G zu 800G kohärenter Technologie

Der Übergang von 100G zu 800G war das Ergebnis kontinuierlicher Innovation sowohl bei DSPs als auch bei der Halbleiterfertigung. Die ersten kohärenten Optiken waren schlichtweg sperrige Transponder mit hohem Stromverbrauch. Die 100G-kohärenten Optiken stellten die erste bedeutende Umstellung dar, da dieser Ansatz Langstreckenverbindungen ohne zwischengeschaltete Signalregeneratoren ermöglichte.

Ein entscheidender Wendepunkt bei diesem Übergang zu 400G war die Verfügbarkeit steckbarer kohärenter Module. Produkte wie der QSFP-DD vereinen einen hochgradig effizienten kohärenten DSP mit Optik und moderner Modulation in einem Formfaktor, der direkt in Router-Ports gesteckt werden kann. Dadurch entstand eine Konvergenz von IP und Optik mit einfacheren Architekturen und niedrigeren Betriebskosten. Fortschritte bei CMOS-Verfahren führten zudem zu schnelleren und energieeffizienteren DSPs, die die aktuelle Generation von 800G-Steckmodulen ermöglichen.

Wie Kohärenz höhere Kapazität und größere Reichweite ermöglicht

Kohärente Systeme bieten ihre Vorteile durch mehrere Schlüsseltechnologien.   Erstens gibt es intelligente Modulationsschemata. Beispielsweise ermöglicht DP-16QAM (Dual-Polarization 16-Quadrature Amplitude Modulation), mehrere Bits innerhalb jedes Symbols zu packen, wodurch die spektrale Effizienz und damit die Datenrate pro Wellenlänge deutlich erhöht wird. Zweitens können mittels Polarisation-Multiplexing zwei Signale unabhängig voneinander auf derselben Wellenlänge übertragen werden, wodurch deren Kapazität verdoppelt wird.

Drittens kann die integrierte DSP-Engine in Echtzeit die Störungen von optischen Fasern kompensieren, um eine zuverlässige Übertragung jenseits der Reichweite von Direkt-Detektions-Systemen zu ermöglichen. Durch die Kombination all dieser Elemente – hohe Baudrate, aufwändige Modulation und leistungsstarke DSP – können kohärente Systeme nun Einschränkungen überwinden, die Direkt-Detektion bei Geschwindigkeiten über 400G auf einer einzelnen Wellenlänge auf weniger als 100 km beschränken.

DCO, ZR und ZR+: Die richtige optische Technologie wählen

Das bedeutet, dass Netzbetreiber eine Vielzahl verschiedener Varianten kohärenter steckbarer Optik zur Auswahl haben. Zu wissen, wie sie sich unterscheiden, ist wichtig, um die richtige Wahl zu treffen.

Digitale kohärente Optik (DCO): Dies ist der allgemeine Begriff für kohärente Transceiver, bei denen die DSP-Engine innerhalb des Moduls integriert ist. Externe Verarbeitung entfällt.

OIF 400ZR: Dies ist die Basisanforderung für 400G-kohärente steckbare Module. Sie ist für Punkt-zu-Punkt-Einspannungen im Metro-DCI-Bereich mit einer Reichweite von bis zu etwa 120 km vorgesehen und gewährleistet die Interoperabilität zwischen Herstellern verschiedener Marken, verwendet jedoch eine feste Datenrate und ein festes Modulationsformat.

ZR+ (erweiterte Reichweite): Im Allgemeinen bezeichnet dieser Begriff Module, die die 400ZR-Basisspezifikation übertreffen, indem sie eine höhere Sendeleistung, eine verbesserte Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) sowie die Fähigkeit bieten, verschiedene Modulationsschemata für größere Entfernungen (600 km und mehr) oder für die Kompatibilität mit ROADM zu unterstützen. Da dieser Begriff „ZR+“ eine herstellerspezifische, proprietäre Erweiterung sein kann, variiert er je nach Hersteller.

OpenZR+: Wird oft als „das Beste aus beiden Welten“ beschrieben: Dabei handelt es sich um eine mehrere Anbieter umfassende, interoperable Technologie mit softwareselektierbaren Modulationsraten von 100G bis 400G und einer Reichweite, die dedizierten Transponder-Lösungen vergleichbar ist. Sie ist die bevorzugte Wahl für kleine und mittlere ISPs sowie Unternehmen, die Flexibilität ohne Vendor-Lock-in schätzen.

Kosten pro Bit senken durch optische Komponenten mit höherer Geschwindigkeit

Die wirtschaftliche Begründung für die Einführung kohärenter Optik mit höherer Geschwindigkeit ist eindeutig: Wenn die Datenrate entlang eines einzelnen Pfads erhöht wird, sinken die Kosten pro übertragenem Bit drastisch. Der Übergang von 100G zu 400G oder 800G ermöglicht es Dienstanbietern, 4- bis 8-mal so viel Daten über bestehende Glasfaserinfrastruktur zu übertragen, ohne dabei Hardware-, Platz- und Stromverbrauch in gleichem Maße zu erhöhen.

Darüber hinaus entfallen bei steckbaren kohärenten Modulen separate Transponder-Racks, wodurch die Anzahl der Geräte im Netzwerk reduziert und das Management vereinfacht wird. die neueste Modulgeneration nutzt fortschrittliche DSP-Siliziumtechnologie, um im Vergleich zu vorherigen Generationen bis zu 30 % geringeren Stromverbrauch pro Bit zu erreichen. für energiebewusste kleine und mittlere ISPs bedeutet dies direkt niedrigere Betriebskosten und eine kleinere CO₂-Bilanz.

Der zukünftige Weg hin zu kohärenter 1,6-Tb/s-Übertragung

Die Branche plant bereits den nächsten Sprung: 1,6 T. Das OIF arbeitet aktiv an Implementierungsvereinbarungen für 1600ZR und 1600ZR+. diese werden weitere Fortschritte in der CMOS-Technologie nutzen, um die Baudraten zu erhöhen und fortgeschrittenere Modulationsformate einzuführen – darunter interoperables probabilistisches Konstellations-Shaping (PCS). .

Sino-Telecom bereitet sich bereits auf diese Zukunft vor. Unsere STN6800-D16-1U-DCI-Plattform unterstützt heute eine Kapazität von bis zu 6,4 T pro Standort mit linienseitigen Datenraten von bis zu 400 G. Die STN6800-D16-Plattform ist für eine reibungslose Aufrüstung auf 800G konzipiert, und unsere Hochkapazitäts-Kohärenz-Ring-DCI-Lösung bietet einen klaren Upgrade-Pfad zu 48 × 800G-Wellenlängen. Dadurch bleibt Ihre Investition zukunftssicher und skaliert mit Ihrem Geschäft, während die Bandbreitenanforderungen weiter steigen. An der Spitze optischer Innovation stehend, entwickeln wir unsere Systeme so, dass sie die neuesten kohärenten Technologien – von 400G über 800G hinaus – integrieren und Ihr Netzwerk somit mit der KI-getriebenen Ära Schritt hält.

Fazit

Seit der damaligen sperrigen 100G-Transponder-Ära hat sich die kohärente Optiktechnologie durch heutige steckbare 400ZR/800ZR- und 1,6T-Entwicklungen grundlegend verändert und das Spiel im Bereich Data Center Interconnect (DCI) neu definiert. Im Vergleich zu früheren OTN- oder Transponder-Modulen erreichen kohärente Optikmodule eine branchenführende spektrale Effizienz. Gemeinsam mit Fortschritten bei DSP und Modulation ermöglichen sie eine erweiterte Reichweite, eine massive Senkung der Kosten pro Bit und machen Hochgeschwindigkeitstransport für Metro-, Regional- und Langstrecken-DCI-Anwendungen zugänglich. Heute, von STN6800 D16 modulare OTN-Plattform (1 U, 6,4 T / 2 U, 12,8 T) , vollständig kohärente, steckbare Module (400ZR, OpenZR+, 800ZR/800LR), zukunftsorientierte C-Band-/L-Band-Leitungssysteme sowie offene NMS mit SNMP-/NETCONF-Funktionen: Sino Telecom stellt sicher, dass Betreiber/Telekommunikationsanbieter das am besten geeignete kohärente Modul auswählen können – entweder Festbitratenmodule für einfache Punkt-zu-Punkt-Strecken, ZR+ für größere Reichweiten und ROADM-Kompatibilität oder Open ZR+ für Multivendor-Offenheit bzw. Open ZR für maximale Offenheit. Außerdem gewährleisten wir ein nahtloses Upgrade auf 1,6 Tbit/s ohne Austausch der gesamten Hardware („forklift upgrade“). Als einer der weltweit führenden DCI-Anbieter mit bereits über 100.000 Einheiten, die in mehr als 30 Länder weltweit ausgeliefert wurden, und mit nachgewiesener Feldzuverlässigkeit, einer robusten Lieferkette sowie einem Team mit tiefgreifender technischer Expertise bietet Sino Telecom die breiteste Auswahl an Lösungen, um die unterschiedlichsten Anforderungen bei DCI-Einsätzen – von kleinen und mittleren ISPs bis hin zu Cloud-Anbietern der obersten Stufe – zu erfüllen. Kontaktieren Sie gerne das Vertriebsteam von Sino Telecom für ein individuelles Angebot. Wir stellen Datenblätter, Fallstudien sowie bewährte Praktiken für den Einsatz bereit – maßgeschneidert für Ihre nächste Generation eines DCI-Netzwerks, das auf jahrzehntelange Innovation im Bereich kohärenter Technologie aufbaut.