DCI über Ultra-Entfernung: Wie kohärente Optik eine Übertragung über 2.600 km ermöglicht

DCI über Ultra-Entfernung: Wie kohärente Optik eine Übertragung über 2.600 km ermöglicht

Mit dem weiteren Wachstum von Cloud-Computing, KI-Arbeitslasten und verteiltem Speicher steigt die Nachfrage nach DCI-Diensten stetig. Netzwerkarchitekten für Rechenzentren suchen nach Lösungen, die Kommunikation über mehrere tausend Kilometer – also über extrem lange Strecken – ermöglichen, ohne auf teure elektronische Regeneratoren zurückgreifen zu müssen. Genau hier kommt kohärente Optik ins Spiel. Sino-Telecom Technology Co., Inc. hat eine 200-G-Übertragung über 2.600 km nachgewiesen – und zwar in einer realen Anwendung, nicht nur als Theorie.

Was macht Langstreckenübertragung so herausfordernd?

Das Senden von Signalen über Hunderte und Tausende Kilometer Glasfaser unterliegt einer Vielzahl physikalischer Herausforderungen. Wenn ein Signal Hunderte und Tausende Kilometer Glasfaser durchläuft, treten mehrere Signalstörungen auf, darunter unter anderem CD (chromatische Dispersion), PMD sowie die Verschlechterung des gesamten OSNR (optisches Signal-Rausch-Verhältnis). Ein IM-DD-(Intensity-Modulation-and-Direct-Detection-)Transceiver versucht im Grunde, eine bestimmte Signalstärke zu erkennen, und verfügt nicht über eingebaute Methoden zur Bekämpfung von Dispersion und Rauschen.

Sie stützen sich häufig auf OEO-(Optical-Electrical-Optical-)Konvertierungen, um die Signale zu regenerieren. Obwohl dies hinsichtlich der Durchsatzleistung vorteilhaft erwiesen wurde, entstanden dabei Overhead-Kosten in Form von Latenz und Energieverbrauch sowie zusätzliche Komplexität bei der Implementierung in einem gegebenen Router-System. Im Vergleich dazu ist eine 2.600 km lange Strecke, für die 35 optische Regeneratoren erforderlich wären, mit IM-DD schlichtweg keine praktikable Lösung.

Kohärente Technologie für die Fernübertragung – Eine Erfolgsgeschichte von Sino-Telecom

Kohärente Optik ist eine fortschrittlichere Übertragungstechnologie, die sowohl die Intensität als auch die Phase optischer Signale erfasst und häufig zusätzlich Dual-Polarisations-Multiplexing sowie DSP-Algorithmen nutzt. Im Gegensatz zur direkten Detektion, bei der lediglich die Intensität gemessen wird, erfordert die kohärente Detektion einen lokalen Oszillator-Laser, der mit dem eingehenden optischen Signal gemischt wird, um so die Phase und Polarisation – neben der Signalintensität – zu erfassen. Sino-Telecom verfolgt stets das Ziel, Daten über noch größere Entfernungen zu übertragen; eines unserer bemerkenswertesten jüngsten Projekte setzt die hochmoderne, niedrig-dämpfende G.654E-Glasfaser zusammen mit einer Reihe leistungsstarker EDFA-Optikverstärker ein, die Signale auf akzeptable Pegel verstärken. Herzstück dieser Lösung ist jedoch die digitale Signalverarbeitung (DSP), die eine digitale Kompensation von CD, PMD und Frequenzverschiebungen in Echtzeit ermöglicht. Diese digitale Kompensation entfällt den Einsatz zahlreicher inline Dispersion-Kompensationsmodule und vergrößert den Abstand zwischen den optischen Verstärkern deutlich. Dadurch werden lange Übertragungsstrecken wirtschaftlich machbar – wie unser G.654E-Faserprojekt eindrucksvoll belegt.

200 G über 2.600 km — Ein echter Einsatzfall

Sino-Telecoms Innovation zeigt sich in diesem Testprojekt. Wir wollten ein Modell für ein offenes optisches Netzwerk für Langstreckenübertragung etablieren und nutzten dazu G.654E-Glasfaser sowie EDFA-Verstärker, um die Signalverstärkung zu verbessern und ausreichende Übertragungsleistung zu erreichen. In diesem Projekt bauten und testeten wir ein 200-G-System über G.654E-Glasfaser, das ein Einzelwellenlängensignal über eine Distanz von 2.600 km übertragen konnte – mit nur 35 optischen Relaistrecken und ohne elektrische Regeneration. Dies stellt eine enorme Verbesserung gegenüber der OEO-Regenerationstechnologie dar und bedeutet einen gewaltigen Fortschritt bei transkontinentalen Rechenzentrum-Verbindungen.

400 G über 1.000 km und was kommt als Nächstes

Die Erzielung hoher Geschwindigkeiten (400 G oder mehr) über lange Distanzen kann manchmal komplexer sein, da höhere Geschwindigkeiten in der Regel eine höhere Symbolrate oder ein anspruchsvolleres Modulationsformat bedeuten, was zusätzliche OSNR-Störungen verursachen kann. Im selben Test-Szenario testete und erreichte Sino-Telecom ein 400-G-Einzelwellenlängensystem, das über 1.000 km auf G.654E-Faser mit lediglich 15 optischen Relaisstrecken (wiederum ohne elektrische Regeneration) übertrug. Mit steigender Kapazität verringert sich die Reichweite aufgrund zusätzlicher Störungen im Übertragungspfad. In Zukunft werden Fortschritte bei Digital-Signal-Prozessing-(DSP)-Algorithmen mit verbesserter Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) und probabilistischer Konstellationsformung sowie extrem hohe Baudraten von 200 Gbaud die maximale Reichweite weiter erhöhen – zunächst für 400-G-, dann sukzessive für 800-G- und 1,6-T-Ultra-Long-Haul-DCI-Netzwerke.

Planung von Langstreckenrouten: Standortauswahl und Sicherheitsabstandskonzeption

Bereitstellung eines Ultra-Long-Haul-Systems DCI die Verbindung ist nicht nur ein Plug-and-Play-Vorgang; sorgfältige Planung ist unerlässlich. Der Fasertyp ist eine wichtige Standortüberlegung. In diesem Fall führt G.654E zu sehr geringen Verlusten, doch derselbe Leitungspfad, der mit der früheren Faser G.652 realisiert wird, erfordert die Planung eines Dispersion-Management-Systems. Auch Standort und Dichte der Verstärkerstellen müssen sorgfältig berechnet werden: Sie müssen die Erhöhung der Signalstärke mit der unerwünschten Rauschentwicklung ausgewogen berücksichtigen. Das Margin-Design ist ebenfalls ein kritischer Bestandteil. Analytische Modelle zur Übertragungsqualität (QoT) müssen Margins enthalten, um unbekannte Werte wie Steckverbindungsverluste, Verstärkergewinn-Schwankungen und Unterschiede im Fasertyp auszugleichen. In fortgeschritteneren Netzen nutzen einige Betreiber Machine-Learning-Modelle, die diese Margins schrittweise reduzieren können, sobald sie über ausreichend Daten verfügen.

Vom Testbetrieb in den Produktiveinsatz: Was Betreiber wissen müssen

Sobald ein Modell validiert und für den Produktionsbetrieb bereit ist, sollten die Betreiber die folgenden Schritte durchführen: Durchführung umfassender Tests des optischen Leitungssystems, einschließlich einer vollständigen Charakterisierung aller Verstärker unter allen Betriebsbedingungen. Implementierung offener Netzwerkschnittstellen wie SNMP und NETCONF sowie eines robusten NMS (Network Management System) auf Basis einer B/S-Architektur, um eine nahtlose Integration mit externen, integrierten Netzwerkmanagementsystemen zu gewährleisten und eine dynamische Bereitstellung zu ermöglichen. Planung einer gestuften Bereitstellung, beginnend mit einem dunklen Faserpaar, gefolgt von Tests und Überwachung, bevor das Netzwerk schrittweise erweitert wird. Sicherstellung robuster Schutzmechanismen wie OCH-Schutz, der bei Glasfaserbrüchen einen schnellen Failover gewährleistet. Mit diesen Maßnahmen verläuft der Übergang von der Machbarkeitsstudie zur Produktion beim Ultra-Long-Haul-DCI reibungslos.

Fazit

Als weltweit führender DCI-Lieferant mit über 100.000 ausgelieferten Einheiten bis heute, Die erfolgreiche Demonstration von Sino-Telecom von 200 Gbit/s über 2.600 km und 400 Gbit/s über 1.000 km – unter Verwendung von ultraschwachdämpfenden G.654E-Fasern, EDFA-Verstärkern und fortschrittlicher kohärenter Optik – zeigt den bemerkenswerten Fortschritt der optischen Netzwerktechnik. Dank der Fähigkeit zum ultralangen DCI-Transport ohne OEO-Regeneration können Rechenzentren nun über große Entfernungen hinweg verbunden werden, was wirklich verteilte Cloud-Deployments und massive künstliche-Intelligenz-Rechenanforderungen ermöglicht. Mit unserer umfassenden Palette kohärenter optischer Transportlösungen – von unseren leistungsstarken DCI-Lösungen wie der äußerst kompakten 2U-STN6800-D16-2U-Plattform mit einer ultrahohen Übertragungskapazität von bis zu 12,8 Tbit/s bis hin zu unserem breiten Sortiment optischer Transceiver – kann Sino-Telecom Ihre Anforderungen an ultralange DCI-Verbindungen erfüllen. Bitte kontaktieren Sie uns heute, um Ihre Anforderungen an ultralange DCI-Netzwerke zu besprechen, ein Angebot anzufordern, detaillierte Spezifikationen einzusehen und Fallstudien anzuschauen, darunter unsere 2.600 km lange Übertragungsdemonstration, um Ihr Netzwerk weiter als zuvor auszudehnen.