Koherent optik i DCI: Från 100G till 800G och vägen mot 1,6T

Marknaden DCI-branschen har utvecklats kraftigt under det senaste decenniet. För tio år sedan var den främst långsträckningsteknik för telenätverk. Idag är DCI grunden för vår molnbaserade och AI-drivna ekonomi. Koherent optisk teknik ligger i kärnan av denna utveckling och möjliggör kapacitetsökningarna som vår digitala ekonomi kräver. Om du är en nätverksoperatör som funderar på framtiden är det avgörande att ha en stark förståelse för historiken för att kunna forma din strategi för nästa generations DCI.

Varför koherent optik blev avgörande för DCI

Den ursprungliga formen av optisk kommunikation använde direktdetektering, där endast ljusets amplitud modulerades. När hastigheterna ökade nåddes en punkt där denna grundläggande teknik stötte på en gräns. Men med koherent optik överförs information genom variationer i amplitud och fas och kan till och med sändas samtidigt över båda polarisationerna. Detta innebär att antalet bitar data som kan placeras på en enda ljussignal ökar kraftigt.

Teknologisk innovation bygger på en teknik som kallas digital signalbehandling (DSP). På mottagarssidan kompenserar algoritmer baserade på DSP för optiska störningar, såsom kromatisk dispersion och polarisationsmodedispersion, vilka annars försämrar signalen under dess färd genom nätverket. Resultatet är en betydande ökning av spektraleffektiviteten samt möjligheten att uppnå höghastighets-, långsträcknings- och högkapacitetsöverföring som inte går att matcha med direktdetektionsteknik. I själva verket är koherent överföring idag de facto-standard vid hastigheter på 100 Gbps och högre, samt vid avstånd på 40 km och längre.

Utvecklingen från 100G till 800G koherent teknik

Övergången från 100G till 800G har varit resultatet av pågående innovation både inom DSP:er och halvledartillverkning. De första koherenta optiska lösningarna var enkelt sagt klumpiga och energikrävande transpondrar. 100G koherent optik var den första stora förändringen, eftersom detta tillvägagångssätt möjliggjorde långsträckningslänkar utan mellanliggande signalregenererare.

Vad som blev en avgörande förändring i övergången till 400G var tillgängligheten av utbytbara koherenta moduler. Produkter som QSFP-DD kombinerar en mycket effektiv koherent DSP med optik och modern modulering i ett format som kan sättas in direkt i routerportar. Detta har skapat en sammansmältning av IP och optik med enklare arkitekturer och lägre driftskostnader. Framsteg inom CMOS-processer har också lett till snabbare och energieffektivare DSP:er, vilket möjliggör den nuvarande generationen 800G-utbytbara moduler.

Hur koherent teknik möjliggör högre kapacitet och längre räckvidd

Koherenta system ger sina fördelar genom flera nyckeltekniker.   För det första finns det intelligenta moduleringssystem på plats. Till exempel packas flera bitar inom varje symbol med hjälp av DP-16QAM (dual-polarization 16-quadrature amplitude modulation), vilket ökar spektraleffektiviteten och därmed datahastigheten per våglängd avsevärt. För det andra kan två signaler överföras oberoende av varandra på samma våglängd genom polarisationsmultiplexning, vilket fördubblar kapaciteten.

För det tredje kan den inbyggda DSP-motorn kompensera för optiska fibers störningar i realtid, vilket gör tillförlitlig överföring möjlig bortom räckvidden för direktdetekteringssystem. Genom att kombinera alla dessa element – hög baudhastighet, avancerad modulering och kraftfull DSP – kan koherenta system nu övervinna begränsningarna som begränsar direktdetektering till mindre än 100 km vid hastigheter över 400G på en enda våglängd.

DCO, ZR och ZR+: Välja rätt optisk teknik

Detta innebär att nätverksoperatörer får välja mellan olika varianter av koherenta stickbara optiska moduler. Att förstå hur de skiljer sig åt är viktigt för att göra ett lämpligt val.

Digitala koherenta optiska moduler (DCO): Detta är den allmänna benämningen på koherenta transceivers där DSP-motorn är inbyggd i modulen. Extern bearbetning elimineras.

OIF 400ZR: Detta är grundkravet för 400G koherenta stickbara moduler. Den är avsedd för punkt-till-punkt, endeläns metro-DCI på upp till cirka 120 km och garanterar interoperabilitet mellan flera leverantörer, men använder en fast datahastighet och en fast moduleringsform.

ZR+ (utökad räckvidd): Vanligtvis syftar det på moduler som överträffar 400ZR-grundkravet genom att erbjuda högre sändningskraft, bättre korrigering av framåtriktade fel (FEC) samt möjlighet att stödja olika moduleringsscheman för längre avstånd (600 km och längre) eller för kompatibilitet med ROADM. Eftersom termen "ZR+" kan vara en leverantörs-specifik, proprietär utvidgning kan den variera mellan leverantörer.

OpenZR+: Ofta beskriven som "bästa av båda världarna", är detta en flervendorinteroperabel teknik som erbjuder mjukvaruvalbara moduleringshastigheter från 100G till 400G och ger räckvidd som är jämförbar med dedicerade transpondertekniker. Den är det första valet för små och medelstora internetleverantörer (SMB ISPs) samt företag som värdesätter flexibilitet utan leverantörsbundet.

Kostnadsminskning per bit genom höghastighetsoptik

Den ekonomiska motiveringen för införandet av höghastighetskoherent optik är tydlig. När datatakten längs en enskild väg ökas sjunker kostnaden per överförd bit kraftigt. Att gå från 100G till 400G eller 800G gör att tjänsteleverantörer kan transportera 4× respektive 8× så mycket data över befintlig glasfiberinfrastruktur, utan att samtidigt öka mängden hårdvara, utrymme och efforförbrukning i samma omfattning.

Dessutom eliminerar inkopplade koherenta moduler behovet av separata transponderhyllor, vilket minskar antalet enheter i nätverket och förenklar hanteringen . Den senaste generationen moduler utnyttjar avancerad DSP-silikon för att uppnå upp till 30 % lägre efforförbrukning per bit jämfört med tidigare generationer . För energibesparande små och medelstora internetleverantörer översätts detta direkt till lägre driftkostnader och en mindre koldioxidavtryck.

Framtidens väg mot 1,6 T koherent överföring

Branschen kartlägger redan nästa steg: 1,6 T. OIF arbetar aktivt med implementeringsavtal för 1600ZR och 1600ZR+ . Dessa kommer att utnyttja ytterligare framsteg inom CMOS-teknik för att öka baudhastigheter och införa mer avancerade moduleringsformat, inklusive interoperabel sannolikhetsbaserad konstellationsformning (PCS) .

Sino-Telecom förbereder redan sig för denna framtid. Vår STN6800-D16-1U DCI-plattform stödjer idag upp till 6,4 T kapacitet per plats, med linjesida-hastigheter upp till 400 G. Den STN6800-D16-plattformen är utformad för smidig uppgradering till 800G, och vår högkapacitativa koherenta ring-DCI-lösning erbjuder en tydlig uppgraderingsväg till 48 × 800G-våglängder. Detta säkerställer att din investering förblir framtidssäker och kan skala i takt med ditt företag när bandbreddsbehoven fortsätter att öka kraftigt. Genom att arbeta vid framkanten av optisk innovation utformar vi våra system så att de integrerar de senaste koherenta teknologierna – från 400G till 800G och bortom – vilket säkerställer att ditt nätverk håller jämna steg med den AI-drivna eran.

Slutsats

Från den klumpiga 100G-transponder-eran till dagens utbytbara 400ZR/800ZR och den pågående 1,6T-utvecklingen har koherent optisk teknik förändrat spelet för Data Center Interconnect (DCI). Jämfört med tidigare OTN- eller transpondermoduler uppnår koherent optik bästa klassens spektraleffektivitet. Tillsammans med förbättringar av DSP/modulering möjliggör den längre räckvidd, en kraftig minskning av kostnaden per bit och gör höghastighetstransport tillgänglig för metro-, regionala och långdistans-DCI-applikationer. Idag, från STN6800 D16 modulär OTN-plattform (1U 6,4 T / 2U 12,8 T) , fullständiga koherenta räckviddspluggbara moduler (400ZR, OpenZR+, 800ZR/800LR), framtidsinriktade C-band/L-band-linjesystem och öppna NMS med SNMP/NETCONF-funktioner – Sino Telecom säkerställer att operatörer/telcoföretag kan välja den mest lämpliga koherenta lösningen: antingen fast hastighet för enkel punkt-till-punkt-sträcka, ZR+ för längre räckvidd och ROADM-vänlighet, eller Open ZR+ för flervendoröppenhet, eller Open ZR för maximal öppenhet. Dessutom säkerställer vi sömlös uppgradering till 1,6 T utan behov av ombyggnad (forklift). Som en av världens största leverantörer av DCI-lösningar, med redan över 100 000 enheter levererade till mer än 30 länder världen över samt utrustad med beprövad pålitlighet i fält, stabil leveranskedja och ett team med djup teknisk expertis, erbjuder Sino Telecom de bredaste valmöjligheterna för att möta olika krav på DCI-deployments – från små och medelstora ISP-leverantörer till stora molnoperatörer (tier-1). Kontakta gärna Sino Telecoms säljexperter för ett citat. Vi kan tillhandahålla datablad, fallstudier och bästa praxis för implementering anpassade för din nästa generations DCI-nätverkslösning, som bygger på mer än ett decennium av koherent innovation.