Когерентная оптика в DCI: от 100 Гбит/с до 800 Гбит/с и путь к 1,6 Тбит/с

Рынок Отрасль DCI значительно эволюционировала за последнее десятилетие. Десять лет назад она основывалась преимущественно на технологиях магистральной связи для телефонных сетей. Сегодня DCI является фундаментом облако-ориентированной и управляемой ИИ экономики. Когерентные оптические технологии лежат в основе этой эволюции и обеспечивают рост пропускной способности, необходимый нашей цифровой экономике. Если вы оператор сети и планируете будущее, крайне важно глубоко понимать историю развития, чтобы грамотно выстроить стратегию следующего поколения решений DCI.

Почему когерентная оптика стала обязательной для DCI

Первоначальная форма оптической связи использовала прямое обнаружение, при котором модулировалась только амплитуда света. По мере роста скоростей достигается предел, за которым данная базовая техника перестаёт быть эффективной. Однако в когерентной оптике информация передаётся посредством изменений амплитуды и фазы, а также может одновременно передаваться по обоим поляризационным состояниям. Это означает, что количество бит данных, умещаемых на одном световом сигнале, резко возрастает.

Технологические инновации основаны на технологии цифровой обработки сигналов (DSP). На стороне приемника алгоритмы, основанные на DSP, компенсируют оптические искажения, такие как хроматическая дисперсия и дисперсия поляризационных мод, которые в противном случае нарушают сигнал при его прохождении по сети. В результате достигается значительное повышение спектральной эффективности и возможность реализации высокоскоростной, дальней и высокопроизводительной передачи, недостижимой для технологий прямого обнаружения. Действительно, когерентная передача сегодня является де-факто стандартом при скоростях 100 Гбит/с и выше и на расстояниях 40 км и более.

Эволюция от 100 Гбит/с до 800 Гбит/с в когерентных технологиях

Переход от 100 Гбит/с к 800 Гбит/с стал результатом постоянных инноваций как в области DSP, так и в полупроводниковом производстве. Первоначальные когерентные оптические устройства представляли собой просто громоздкие транспондеры с высоким энергопотреблением. Когерентные оптические решения на 100 Гбит/с стали первым крупным шагом, поскольку такой подход позволил организовывать магистральные линии связи без промежуточных регенераторов сигнала.

Ключевым поворотным моментом при переходе к скорости 400 Гбит/с стало появление сменных когерентных модулей. Такие продукты, как QSFP-DD, объединяют высокоэффективный когерентный DSP с оптическими компонентами и современными методами модуляции в компактном форм-факторе, который можно напрямую подключать к портам маршрутизаторов. Это привело к конвергенции IP- и оптических технологий, упрощению архитектур и снижению эксплуатационных затрат. Достижения в области КМОП-процессов также позволили создать более быстрые и энергоэффективные DSP, обеспечивающие работу нынешнего поколения сменных модулей на 800 Гбит/с.

Как когерентные технологии обеспечивают повышенную ёмкость и увеличенную дальность передачи

Когерентные системы обеспечивают свои преимущества благодаря нескольким ключевым технологиям.   Во-первых, используются интеллектуальные схемы модуляции. Например, при использовании DP-16QAM (двухполяризационной 16-квадратурной амплитудной модуляции) в каждом символе упаковывается несколько битов, что значительно повышает спектральную эффективность и, соответственно, скорость передачи данных на одну длину волны. Во-вторых, при использовании мультиплексирования по поляризации два сигнала могут распространяться независимо на одной и той же длине волны, тем самым удваивая её пропускную способность.

В-третьих, встроенный DSP-движок может компенсировать искажения оптического волокна в реальном времени, обеспечивая надёжную передачу на расстояниях, превышающих возможности систем прямого обнаружения. Комбинируя все эти элементы — высокую символьную скорость, сложные схемы модуляции и мощный DSP — когерентные системы теперь способны преодолевать ограничения, из-за которых системы прямого обнаружения ограничены расстоянием менее 100 км при скоростях выше 400G на одну длину волны.

DCO, ZR и ZR+: выбор подходящей оптической технологии

Это означает, что операторам сетей остаётся выбирать из множества вариантов когерентных подключаемых оптических модулей. Знание различий между ними важно для правильного выбора.

Цифровая когерентная оптика (DCO): Это общий термин для когерентных трансиверов, в которых двигатель цифровой обработки сигналов (DSP) интегрирован внутрь модуля. Внешняя обработка исключается.

OIF 400ZR: Это базовое требование к когерентным подключаемым модулям на 400 Гбит/с. Предназначено для точка-точка односегментных магистральных соединений ЦОД (DCI) протяжённостью до приблизительно 120 км; гарантирует межвендорскую совместимость, но использует фиксированную скорость передачи и формат модуляции.

ZR+ (расширенная дальность): Обычно это означает модули, превосходящие базовые параметры стандарта 400ZR за счёт повышенной выходной мощности передатчика, улучшенной коррекции ошибок вперёд (FEC) и возможности поддержки различных схем модуляции для увеличения дальности (600 км и более) или обеспечения совместимости с ROADM. Поскольку термин «ZR+» может быть проприетарным расширением конкретного вендора, его характеристики могут различаться у разных производителей.

OpenZR+: Часто описывается как «лучшее из обоих миров» — это многопоставщиковая совместимая технология, обеспечивающая программно выбираемые скорости модуляции от 100G до 400G и дальность связи, сопоставимую с выделенными решениями на основе транспондеров. Это предпочтительный выбор для небольших и средних интернет-провайдеров (SMB ISP) и корпоративных клиентов, ценящих гибкость без привязки к одному поставщику.

Снижение стоимости за бит за счёт оптики более высокой скорости

Экономическое обоснование внедрения когерентной оптики более высокой скорости очевидно. По мере увеличения скорости передачи данных по одному каналу стоимость передачи одного бита резко снижается. Переход от 100G к 400G или 800G позволит операторам связи передавать в 4–8 раз больше данных по существующей волоконно-оптической инфраструктуре, не увеличивая при этом количество аппаратного обеспечения, занимаемое пространство и потребляемую мощность в той же пропорции.

Кроме того, подключаемые когерентные модули устраняют необходимость в отдельных стойках транспондеров, сокращают количество устройств в сети и упрощают управление. самое новое поколение модулей использует передовые DSP-микросхемы, обеспечивая снижение энергопотребления на бит до 30 % по сравнению с предыдущими поколениями. для операторов небольших и средних предприятий, ориентированных на энергоэффективность, это напрямую означает снижение эксплуатационных расходов и уменьшение углеродного следа.

Будущий путь к когерентной передаче со скоростью 1,6 Тбит/с

Отрасль уже определяет стратегию следующего прорыва — 1,6 Тбит/с. Организация OIF активно разрабатывает соглашения об осуществлении стандартов 1600ZR и 1600ZR+. эти стандарты будут использовать дальнейшие достижения в области КМОП-технологий для повышения символьной скорости и внедрения более сложных форматов модуляции, включая совместимую вероятностную форму констелляции (PCS). .

Компания Sino-Telecom уже готовится к этому будущему. Наша платформа DCI STN6800-D16-1U поддерживает суммарную ёмкость до 6,4 Тбит/с на одном узле уже сегодня, а скорость на линейной стороне достигает 400 Гбит/с. Платформа STN6800-D16 спроектирован для плавной эволюции до 800G, а наше решение для кольцевых межцентровых соединений (DCI) с высокой ёмкостью и когерентной передачей обеспечивает чёткий путь модернизации до 48 длин волн по 800G. Это гарантирует, что ваши инвестиции останутся актуальными в будущем и будут масштабироваться вместе с ростом бизнеса по мере дальнейшего увеличения потребностей в пропускной способности. Работая на переднем крае оптических инноваций, мы проектируем наши системы так, чтобы они поддерживали новейшие когерентные технологии — от 400G до 800G и выше, обеспечивая соответствие вашей сети требованиям эпохи искусственного интеллекта.

Заключение

С тех пор, как закончился громоздкий этап транспондеров на 100G, сегодняшняя эра сменных модулей 400ZR/800ZR и эволюция к 1,6T кардинально изменила правила игры в области межцентровых соединений (DCI). По сравнению с предыдущими модулями OTN или транспондерами когерентная оптика обеспечивает лучшую в своём классе спектральную эффективность. В сочетании с улучшениями в области ЦОС (DSP) и модуляции это позволяет достичь увеличенной дальности передачи, радикального снижения стоимости передачи одного бита и делает высокоскоростную передачу доступной для применений DCI в городских, региональных и магистральных сетях. Сегодня, начиная с Модульная OTN-платформа STN6800 D16 (1U, 6,4 Тбит/с; 2U, 12,8 Тбит/с) , полные когерентные решения с возможностью подключения (400ZR, OpenZR+, 800ZR/800LR), ориентированные на будущее линейные системы в диапазонах C и L, а также открытая система управления сетью (NMS) с поддержкой SNMP и NETCONF. Компания Sino Telecom обеспечивает операторам и телеком-провайдерам возможность выбора наиболее подходящего когерентного решения: фиксированной скорости — для простых точка-точка-соединений, ZR+ — для увеличенной дальности и совместимости с ROADM, Open ZR+ — для межвендорной открытости или Open ZR — для максимальной гибкости выбора. Кроме того, мы гарантируем бесшовное обновление до 1,6 Тбит/с без необходимости полной замены оборудования (forklift). Являясь одним из ведущих мировых поставщиков решений для межцентровых соединений (DCI), компания Sino Telecom уже поставила более 100 000 единиц оборудования в более чем 30 стран мира. Наша продукция отличается проверенной надёжностью в эксплуатации, устойчивой цепочкой поставок и командой высококвалифицированных специалистов с глубокими техническими компетенциями. Предложения Sino Telecom охватывают самый широкий спектр решений, удовлетворяющих разнообразные требования при развертывании DCI — от небольших интернет-провайдеров (SMB ISP) до крупнейших облачных операторов (tier-1). Свяжитесь с нашей командой экспертов по продажам компании Sino Telecom для получения коммерческого предложения. Мы предоставим технические спецификации, кейсы и рекомендации по развертыванию, адаптированные под ваше следующее поколение сети межцентровых соединений, основанное на десятилетнем опыте инноваций в области когерентных технологий.