DCI su distanze ultra-lunghe: come l’ottica coerente abilita trasmissioni fino a 2.600 km

DCI su distanze ultra-lunghe: come l’ottica coerente abilita trasmissioni fino a 2.600 km

Con la continua espansione del cloud computing, dei carichi di lavoro AI e dell’archiviazione distribuita, la domanda di servizi DCI sta raggiungendo nuovi livelli. I progettisti di reti per data center cercano soluzioni in grado di supportare comunicazioni su migliaia di chilometri, su tratte estremamente lunghe, senza dover ricorrere a costose rigenerazioni elettroniche. È proprio in questo contesto che assume un ruolo fondamentale l’ottica coerente. Sino-Telecom Technology Co., Inc. ha dimostrato una trasmissione a 200G su 2.600 km — ed è un’applicazione reale, non una semplice teoria.

Perché la trasmissione su lunga distanza è così impegnativa?

Inviare segnali su centinaia e migliaia di chilometri di fibra è soggetto a numerose sfide fisiche. Quando un segnale percorre centinaia e migliaia di chilometri di fibra, si verificano diversi tipi di degradazione del segnale, tra cui, ad esempio: CD (dispersione cromatica), PMD e il deterioramento complessivo dell’OSNR (rapporto segnale ottico/rumore). Un trascevitore IM-DD (modulazione di intensità e rilevamento diretto) cerca essenzialmente di distinguere un certo livello di segnale, ma non implementa intrinsecamente metodi per contrastare la dispersione e il rumore.

Spesso fanno affidamento su conversioni OEO (ottico-elettrico-ottico) per rigenerare i segnali. Sebbene ciò si sia dimostrato vantaggioso in termini di throughput, comporta sovraccarichi sotto forma di latenza e costi energetici, oltre a una maggiore complessità di implementazione in un qualsiasi sistema router. Per confronto, un percorso di 2.600 km, che richiederebbe 35 rigeneratori ottici, non rappresenta semplicemente una soluzione praticabile con tecnologia IM-DD.

Tecnologia coerente alla base della trasmissione su lunga distanza — Una storia di successo di Sino-Telecom

L'ottica coerente è una tecnologia di trasmissione più avanzata che si basa sul rilevamento sia dell'intensità sia della fase dei segnali ottici, spesso abbinata alla multiplazione a doppia polarizzazione e ad algoritmi DSP. A differenza della rilevazione diretta, che misura soltanto l'intensità, la rilevazione coerente richiede l'aggiunta di un laser oscillatore locale da miscelare con il segnale ottico in arrivo, consentendo così il rilevamento della fase e della polarizzazione (oltre all'intensità del segnale). Sino-Telecom ha sempre promosso trasmissioni dati su distanze maggiori, e uno dei nostri progetti più recenti e significativi impiega la fibra ottica G.654E a bassa attenuazione di ultima generazione insieme a una serie di potenti amplificatori ottici EDFA, in grado di potenziare i segnali fino a livelli accettabili. Il cuore di questa soluzione è tuttavia il motore di elaborazione del segnale digitale (DSP), che consente la compensazione digitale in tempo reale della dispersione cromatica (CD), della dispersione modale differenziale (PMD) e degli spostamenti di frequenza. Questa compensazione digitale elimina la necessità di numerosi moduli di compensazione della dispersione in linea ed estende notevolmente la distanza tra gli amplificatori ottici. Ciò rende economicamente sostenibili le trasmissioni su lunghe distanze, come dimostrato nel nostro progetto sulla fibra G.654E.

200G oltre 2.600 km — Un caso reale di implementazione

L’innovazione di Sino-Telecom è dimostrata attraverso questo progetto sperimentale. Il nostro obiettivo era creare un modello per una rete ottica aperta per la trasmissione su lunga distanza, utilizzando fibra ottica G.654E e amplificatori EDFA per migliorare il guadagno del segnale e raggiungere livelli adeguati di prestazioni di trasmissione. In questo progetto abbiamo realizzato e testato un sistema 200G su fibra G.654E in grado di trasmettere un segnale a singola lunghezza d’onda su una distanza di 2.600 km, richiedendo soltanto 35 tratti di rigenerazione ottica, senza alcuna rigenerazione elettrica. Si tratta di un miglioramento straordinario rispetto alla tecnologia di rigenerazione OEO e rappresenta un enorme passo avanti nelle interconnessioni transcontinentali tra data center.

400G oltre 1.000 km e cosa verrà dopo

Raggiungere velocità elevate (400 G o superiori) su lunghe distanze può risultare talvolta più complesso, poiché velocità maggiori implicano generalmente una frequenza di simbolo più elevata o un formato di modulazione più sofisticato, con conseguenti ulteriori degradazioni dell’OSNR. Nello stesso scenario di prova, Sino-Telecom ha testato e realizzato un sistema a singola lunghezza d’onda da 400 G che ha trasmesso su 1.000 km di fibra G.654E con soli 15 ripetitori ottici (ancora una volta, senza rigenerazione elettrica). Con l’aumento della capacità, la distanza diminuisce a causa delle maggiori degradazioni introdotte sul collegamento. In futuro, i progressi negli algoritmi di elaborazione del segnale digitale (DSP), dotati di tecniche avanzate di correzione degli errori in avanti (FEC) e di shaping probabilistico del diagramma di costellazione, nonché l’adozione di baud rate ultra-elevati pari a 200 Gbaud, spingeranno ulteriormente il limite massimo di distanza sia per le reti DCI a 400 G, sia successivamente per quelle a 800 G e 1,6 T.

Pianificazione di percorsi a lunga distanza: selezione dei siti e progettazione del margine

Implementazione a lunga distanza DCI il collegamento non è semplicemente un’operazione plug-and-play; è essenziale pianificare con attenzione. Il tipo di fibra è un fattore importante da considerare sul sito. In questo caso, la fibra G.654E comporta perdite molto basse, ma lo stesso circuito realizzato con la precedente fibra G.652 richiederebbe una pianificazione per un sistema di gestione della dispersione. Anche la posizione e la densità dei siti di amplificazione devono essere calcolate con cura: occorre bilanciare l’aumento della potenza del segnale con l’aggiunta di rumore indesiderato. Anche la progettazione dei margini è un componente critico. I modelli analitici di qualità della trasmissione (QoT) devono includere margini per compensare valori incerti, come le perdite nei connettori, le variazioni del guadagno degli amplificatori e le differenze tra i tipi di fibra. In reti più avanzate, alcuni operatori utilizzano modelli di machine learning in grado di ridurre progressivamente tali margini man mano che accumulano dati.

Dai test alla produzione: cosa devono sapere gli operatori

Una volta che un modello è stato convalidato e risulta pronto per il deployment produttivo, gli operatori devono seguire questi passaggi: eseguire test rigorosi del sistema ottico di linea, inclusa la caratterizzazione completa di tutti gli amplificatori in tutte le condizioni operative; implementare interfacce di rete aperte come SNMP e NETCONF, insieme a un solido sistema di gestione della rete (NMS) basato sull’architettura B/S, per garantire un’integrazione senza soluzione di continuità con sistemi di gestione della rete integrati di terze parti e consentire il provisioning dinamico; pianificare un deployment graduale, partendo da una coppia di fibre dark, procedendo con test e monitoraggio, quindi espandendo progressivamente la rete; assicurarsi di disporre di meccanismi di protezione robusti, come la protezione OCH, che garantisca un failover rapido in caso di rottura della fibra. Con questi piani ben definiti, il DCI ultra-long haul passerà agevolmente dalla fase di proof-of-concept alla produzione.

Conclusione

Come fornitore globale leader di soluzioni DCI, con oltre 100.000 unità spedite ad oggi, La dimostrazione di successo di Sino-Telecom di 200 G su 2.600 km e di 400 G su 1.000 km — grazie alla fibra G.654E a perdite ultra-basse, agli amplificatori EDFA e all’ottica coerente avanzata — dimostra i notevoli progressi della rete ottica. Grazie alla capacità di collegamenti DCI ultra-lunghi senza rigenerazione OEO, i data center possono ora essere interconnessi su grandi distanze, abilitando distribuzioni cloud veramente decentralizzate e soddisfacendo esigenze di calcolo per l’intelligenza artificiale su larga scala. Con la nostra intera gamma di soluzioni coerenti per il trasporto ottico — dalle potenti soluzioni DCI, come la piattaforma altamente compatta da 2U STN6800-D16-2U, in grado di offrire una capacità di trasmissione ultra-elevata fino a 12,8 T, fino alla nostra ampia offerta di transceiver ottici — Sino-Telecom può soddisfare le vostre esigenze di collegamenti DCI ultra-lunghi. Vi preghiamo contattaci oggi per discutere le vostre esigenze di rete DCI ultra-lunga, ottenere un preventivo, consultare le specifiche dettagliate e visionare casi di studio, inclusa la nostra dimostrazione di trasmissione su 2.600 km, per estendere la vostra rete oltre i limiti precedenti.