Koherentna optyka w DCI: od 100G do 800G i droga ku 1,6T

The Przemysł DCI znacznie się rozwinął w ciągu ostatniej dekady. Dekadę temu był to przede wszystkim techniczny system długodystansowy przeznaczony dla sieci telefonicznych. Dziś DCI stanowi podstawę naszej opartej na chmurze i napędzanej przez sztuczną inteligencję gospodarki. Technologia optyki koherentnej leży u rdzenia tej ewolucji, zapewniając wzrost pojemności niezbędny dla naszej cyfrowej gospodarki. Jeśli jesteś operatorem sieci i myślisz o przyszłości, kluczowe jest zrozumienie historii, aby poprawnie określić swoją strategię DCI generacji następnej.

Dlaczego optyka koherentna stała się niezbędna dla DCI

Pierwotna forma komunikacji optycznej wykorzystywała wykrywanie bezpośrednie, w którym modulowano wyłącznie amplitudę światła. Wraz ze wzrostem prędkości osiągnięto punkt, w którym ta podstawowa technika osiągnęła swoje ograniczenia. Natomiast w przypadku optyki koherentnej informacje są przekazywane za pomocą zmian amplitudy i fazy oraz mogą być nawet wysyłane równolegle w obu polaryzacjach. Oznacza to, że liczba bitów danych, które można umieścić w jednym sygnale świetlnym, znacznie wzrasta.

Innowacja technologiczna opiera się na technologii przetwarzania sygnału cyfrowego (DSP). Po stronie odbiornika algorytmy oparte na DSP kompensują zniekształcenia optyczne, takie jak dyspersja chromatyczna i dyspersja trybów polaryzacyjnych, które w przeciwnym razie degradują sygnał podczas jego przemieszczania się przez sieć. Wynikiem jest znaczny wzrost wydajności widmowej oraz możliwość osiągnięcia szybkiej, długodystansowej i wysokoprzepustowej transmisji, której nie potrafi dorównać technologia wykrywania bezpośredniego. Rzeczywiście, transmisja koherentna jest obecnie standardem faktycznym przy prędkościach 100 Gbps i wyższych oraz na odległościach 40 km i dłuższych.

Ewolucja od technologii koherentnej 100G do 800G

Przejście od 100G do 800G było rezultatem ciągłej innowacji zarówno w dziedzinie układów DSP, jak i wytwarzania półprzewodników. Początkowe optyka koherentna była po prostu gabarytowa i charakteryzowała się wysokim poborem mocy przez transpondery. Optyka koherentna 100G stanowiła pierwszy istotny przełom, ponieważ ten podejście umożliwiło łącza długodystansowe bez pośrednich regeneratorów sygnału.

Kluczowym przełomem w przejściu do przepustowości 400 Gb/s stała się dostępność modułów koherentnych typu plug-in. Produkty takie jak QSFP-DD łączą wysoce wydajny cyfrowy układ sygnałowy (DSP) koherentny z optyką i nowoczesnymi technikami modulacji w formacie umożliwiającym bezpośrednie podłączenie do portów routerów. Spowodowało to zbieżność warstw IP i optyki, upraszczając jednocześnie architekturę sieci oraz obniżając koszty operacyjne. Postępy w procesach CMOS doprowadziły również do stworzenia szybszych i bardziej energooszczędnych układów DSP, które umożliwiają obecnie generację modułów koherentnych typu plug-in o przepustowości 800 Gb/s.

Jak technologia koherentna umożliwia wyższą przepustowość i dłuższy zasięg

Systemy koherentne zapewniają swoje zalety dzięki kilku kluczowym technologiom.   Po pierwsze, zastosowano inteligentne schematy modulacji. Na przykład przy użyciu DP-16QAM (dwubiegunowa 16-stanowa modulacja kwadraturowa amplitudy) wiele bitów jest pakowanych w każdym symbolu, co znacznie zwiększa wydajność widmową oraz przepustowość danych na każdą długość fali. Po drugie, dzięki multipleksowaniu polaryzacyjnemu dwa sygnały mogą być przesyłane niezależnie na tej samej długości fali, podwajając tym samym jej pojemność.

Po trzecie, wbudowany silnik DSP może w czasie rzeczywistym kompensować zniekształcenia wprowadzane przez światłowody, umożliwiając niezawodną transmisję na odległości przekraczające zasięg systemów detekcji bezpośredniej. Łącząc wszystkie te elementy — wysoką szybkość sygnału (baud rate), zaawansowane schematy modulacji oraz wydajny procesor DSP — systemy koherentne są dziś w stanie pokonać ograniczenia, które ograniczają systemy detekcji bezpośredniej do mniej niż 100 km przy prędkościach przekraczających 400 G na pojedynczą długość fali.

DCO, ZR i ZR+: wybór odpowiedniej technologii optycznej

Oznacza to, że operatorom sieci pozostaje do wyboru wiele wersji spójnych, wtykanych optycznych modułów. Wiedza na temat różnic między nimi jest kluczowa przy dokonywaniu odpowiedniego wyboru.

Cyfrowa optyka spójna (DCO): Jest to ogólny termin odnoszący się do transceiverów spójnych, w których silnik DSP jest zintegrowany w module. Eliminuje to konieczność przetwarzania zewnętrznego.

OIF 400ZR: Jest to podstawowy wymóg dla spójnych, wtykanych modułów 400G. Przeznaczony jest do połączeń punkt-punkt w jednopasmowej sieci miejskiej DCI o zasięgu do ok. 120 km; gwarantuje współdziałanie urządzeń wielu producentów, ale korzysta z ustalonej szybkości transmisji i formatu modulacji.

ZR+ (zwiększony zasięg): Ogólnie rzecz biorąc, określenie to odnosi się do modułów przekraczających podstawowe specyfikacje 400ZR poprzez wyższą moc nadawania, lepsze korekcje błędów z wykorzystaniem kodów FEC oraz możliwość obsługi różnych schematów modulacji w celu osiągnięcia dłuższego zasięgu (600 km i więcej) lub zapewnienia kompatybilności z systemami ROADM. Ponieważ termin „ZR+” może być własnym, firmowym rozszerzeniem danego dostawcy, jego szczegóły mogą się różnić u poszczególnych producentów.

OpenZR+: Często opisywane jako «najlepsze z obu światów», to wielowendorowa technologia zapewniająca interoperacyjność, która oferuje oprogramowalnie wybieralne szybkości modulacji – od 100G do 400G – oraz zasięg porównywalny z dedykowanymi rozwiązaniami transponderowymi. Jest to preferowane rozwiązanie dla małych i średnich dostawców usług internetowych (SMB ISP) oraz przedsiębiorstw, które cenią sobie elastyczność bez ryzyka uzależnienia od jednego dostawcy.

Obniżanie kosztu na bit dzięki optyce o wyższej przepustowości

Uzasadnienie ekonomiczne wdrożenia optyki koherentnej o wyższej przepustowości jest oczywiste. Wraz ze wzrostem szybkości transmisji danych wzdłuż pojedynczej ścieżki koszt przesyłanego bitu gwałtownie spada. Przejście od 100G do 400G lub 800G pozwoli operatorom usług na przesyłanie 4- do 8-krotnie większej ilości danych przez istniejącą infrastrukturę światłowodową, nie zwiększając przy tym liczby urządzeń, zajmowanej przestrzeni ani zużycia energii w takim samym stopniu.

Ponadto moduły koherentne typu pluggable eliminują potrzebę osobnych szaf transponderowych, zmniejszając liczbę urządzeń w sieci oraz upraszczając ich zarządzanie . Najnowsza generacja modułów wykorzystuje zaawansowaną technologię krzemową DSP, umożliwiając obniżenie zużycia mocy o do 30% na bit w porównaniu z poprzednimi generacjami . Dla dostawców usług internetowych (ISP) z sektora małych i średnich przedsiębiorstw (SMB), które dbają o efektywność energetyczną, przekłada się to bezpośrednio na niższe koszty operacyjne oraz mniejszy ślad węglowy.

Przyszła ścieżka rozwoju transmisji koherentnej do 1,6 T

Branża już teraz określa kierunek kolejnego skoku: 1,6 T. Forum OIF aktywnie pracuje nad porozumieniami wdrożeniowymi dotyczącymi standardów 1600ZR i 1600ZR+ . Będą one opierać się na dalszych osiągnięciach w dziedzinie technologii CMOS, pozwalając na zwiększenie szybkości sygnału (baud rate) oraz wdrożenie bardziej zaawansowanych formatów modulacji, w tym wzajemnie kompatybilnego kształtowania prawdopodobieństwowego konstelacji (PCS) .

Firma Sino-Telecom przygotowuje się już na tę przyszłość. Nasza platforma DCI STN6800-D16-1U obsługuje obecnie pojemność do 6,4 T na jedno miejsce, z szybkościami na stronie liniowej dochodzącymi do 400 G. Platforma STN6800-D16 zaprojektowany jest tak, aby zapewnić płynną ewolucję do 800G, a nasze rozwiązanie DCI z koherentnym pierścieniem o dużej pojemności oferuje wyraźną ścieżkę uaktualnienia do 48 fal długości 800G. Dzięki temu inwestycja pozostaje przyszłościowo odporna i umożliwia skalowanie infrastruktury wraz z dynamicznym wzrostem zapotrzebowania na przepustowość. Działając na czele innowacji optycznych, projektujemy nasze systemy tak, aby integrowały najnowsze technologie koherentne – od 400G po 800G i dalej – zapewniając, że sieć będzie nadążać za erą napędzaną sztuczną inteligencją.

Wniosek

Od czasów kłopotliwych modułów transponderowych 100G, przez dzisiejszą ewolucję modułów przyłączanych (pluggable) 400ZR/800ZR oraz 1,6T, technologia optyczna koherentna całkowicie zmieniła zasady gry w zakresie połączeń międzymiastowych centrów danych (DCI). W porównaniu z poprzednimi modułami OTN lub transponderowymi, optyka koherentna osiąga najlepszą na rynku wydajność widmową. W połączeniu z ulepszeniami DSP i modulacji umożliwia ona znaczne wydłużenie zasięgu, drastyczne obniżenie kosztu na bit oraz czyni transport wysokoprzepustowy dostępnym dla zastosowań DCI w sieciach miejskich, regionalnych i długodystansowych. Dziś, począwszy od Modułowa platforma OTN STN6800 D16 (1U 6,4 T / 2U 12,8 T) , pełne spójne zakresy modułów plug-and-play (400ZR, OpenZR+, 800ZR/800LR), przyszłościowe systemy liniowe w pasmach C i L oraz otwarty system zarządzania siecią (NMS) z obsługą SNMP i NETCONF. Dzięki temu operatorzy i przedsiębiorstwa telekomunikacyjne mogą wybrać najbardziej odpowiedni moduł spójny: o stałej przepustowości do prostych połączeń punkt-punkt, ZR+ do dłuższych odległości i kompatybilny z ROADM, Open ZR+ zapewniający otwartość wielowendorową lub Open ZR oferujący maksymalną swobodę wyboru. Ponadto gwarantujemy bezproblemową modernizację do przepustowości 1,6 Tbit/s bez konieczności całkowitej wymiany infrastruktury (forklift). Jako jeden z największych na świecie dostawców rozwiązań DCI, który już dostarczył ponad 100 000 jednostek do ponad 30 krajów na całym świecie, Sino Telecom zapewnia sprawdzone w praktyce niezawodność, stabilny łańcuch dostaw oraz zespół ekspertów technicznych o głębokiej wiedzy specjalistycznej. Oferta Sino Telecom obejmuje najszerszy wybór rozwiązań, pozwalający spełnić różnorodne wymagania wdrożeń DCI – od małych i średnich dostawców usług internetowych (SMB ISP) po operatorów chmury klasy Tier-1. Skontaktuj się z zespołem ekspertów ds. sprzedaży Sino Telecom, aby uzyskać ofertę. Możemy dostarczyć karty katalogowe, studia przypadków oraz najlepsze praktyki wdrażania dopasowane do Twojego nowoczesnego rozwiązania sieci DCI opartego na dziesięcioletnich innowacjach w dziedzinie technologii spójnej.