Was steckt in einem Coherent Pluggable? Teil II 

In Teil I, diskutierten wir die Auswirkungen kohärenter Pluggables auf moderne optische Netzwerke und lernten die Grundlagen der kohärenten Kommunikation. Eine Explosion des Fortschritts der kohärenten Technologie in den letzten Jahren beinhaltete neuartige Modulationsschemata und verschiedene Methoden zur Erhöhung der Datenrate. In Teil II besprechen wir Fehlerkorrekturtechniken, die die Leistung weiter verbessern, und Industriestandards, die zur Gewährleistung von Interoperabilität, Leistung und Kompatibilität beitragen. 

Fehlerkorrekturtechniken für kohärente Pluggables 

Wie wir bereits besprochen haben, Fehlerkorrekturtechniken sind seit vielen Jahren Teil von Systemen zur Datenübertragung über große Entfernungen und haben mit der Einführung von 400G steckbare Optik. Bei der Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) werden dem ursprünglichen Datenstrom vor der Übertragung redundante Informationen, sogenannte „Paritätsbits“, hinzugefügt. Diese Paritätsbits werden auf Grundlage der Originaldaten mithilfe mathematischer Algorithmen wie Reed-Solomon-Codes, Faltungscodes oder LDPC-Codes (Low-Density Parity-Check) berechnet. Die durch FEC eingeführte Redundanz ermöglicht es dem Empfänger, die Originaldaten zu rekonstruieren, selbst wenn während der Übertragung Fehler auftreten. 

In der optischen Kommunikation werden verschiedene FEC-Typen für unterschiedliche Datenraten und Anwendungen verwendet. In der aktuellen Umgebung von Coherent Pluggables sind die wichtigsten FEC-Typen:  

• Concatenated FEC (C-FEC)* – wird im 400ZR-Standard verwendet  
• Open FEC (O-FEC) – Teil der OpenROADM- und OpenZR+-Spezifikationen  
• Staircase FEC (SC-FEC) – wird für den 100GBASE-ZR-Standard verwendet 

*wir haben oft OpenZR+-fähige Module gesehen, die auch den Betriebsmodus OIF 400ZR unterstützen – in diesem/diesen Modus(en) wird cFEC verwendet 

Die Verwendung des einen oder anderen FEC hängt von den Anwendungsmöglichkeiten und den technologischen Möglichkeiten innerhalb der Grenzen eines bestimmten Formfaktors ab. Beispielsweise ist O-FEC ein stärkerer Kodierungsalgorithmus, der eine höhere Fehlerrate verarbeiten kann und es einem Pluggable ermöglicht, größere Entfernungen zu erreichen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass im DSP des Transceivers mehr Daten verarbeitet werden müssen, was wiederum zu einem höheren Stromverbrauch und einer höheren Wärmeableitung führt. Ein praktisches Beispiel: Ein 400G-kohärentes Pluggable, das eine 400G-C-FEC-Anwendung verwendet, kann im Vergleich zum gleichen Transceiver, der mit 400G-O-FEC arbeitet, einen Unterschied von 3 W mehr Stromverbrauch aufweisen, wenn letzteres verwendet wird.   

Kohärente steckbare Standards 

Kohärente Pluggables müssen verschiedene Industriestandards einhalten, um Interoperabilität, Leistung und Kompatibilität mit vorhandenen optischen Kommunikationssystemen sicherzustellen. Zu den wichtigsten Standards, die das Design, die Herstellung und den Einsatz kohärenter Pluggables regeln, gehören: 

ich) OIF (Optical Internetworking Forum) – OIF entwickelt interoperable Netzwerkspezifikationen, die den Anforderungen der Branche entsprechen. Zu den OIF-Standards gehören unter anderem optische Spezifikationen, Modulmanagement, elektrische Schnittstellen und Netzwerkprotokolle. Das OIF war die Organisation, die die 400ZR Umsetzungsvereinbarung zum Erfolg und hat in den letzten Jahren mehrere Plugfests und Demos organisiert, um die Akzeptanz in der Branche und den großen Erfolg des kohärenten steckbaren 400G-Ökosystems zu demonstrieren. 

1. 1. ii) OpenROADM – Die OpenROADM MSA-Gruppe definiert und fördert Open-API-Modelle und optische Spezifikationen, um ein Ökosystem zu schaffen, das die Interoperabilität der Anbieter fördert, die Abhängigkeit von Anbietern verringert und die Gesamtkosten des Netzwerkbesitzes senkt.

iii) Öffnen Sie ZR+ ist ein interoperabler optischer Modulstandard, der von der OpenZR+ MSA-Gruppe (Multi-Source Agreement) entwickelt wurde. Er wurde als Weiterentwicklung und Ergänzung der 400ZR- und OpenROADM-Spezifikationen erstellt. Ziel ist es, eine gemeinsame Spezifikation für kohärente optische Transceiver zu definieren. Während Open ZR+ seine eigene Spezifikation definiert, stellt es auch die Einhaltung relevanter Industriestandards wie IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) und ITU-T (International Telecommunication Unio – Telecommunication Standardization Sector) sicher, um die Interoperabilität und Kompatibilität mit der vorhandenen Netzwerkinfrastruktur zu erleichtern.   

iv) CMIS (Common Management Interface Specification) – ist eine Verwaltungsschnittstelle für optische Module und Kabelsätze. Sie bietet einen definierten Satz von Registern und Funktionen für die Standardmodulverwaltung zwischen Hosts und Transceivern.   

v) 100G-ZR-Standards – IEEE 802.3ctTM (100GBASE-ZR) und ITU-T G.698.2 (DP-DQPSK 100G). Der IEEE 802.3ctTM ist eine Ergänzung, die auf die Bedürfnisse von Netzwerken mit einer Reichweite von bis zu 80 km abzielt, bei denen aufgrund mangelnder Glasfaserverfügbarkeit eine Glasfaser zur Übertragung mehrerer Ethernet-Instanzen verwendet werden muss. IEEE 802.3ctTM ermöglicht bis zu 48 Wellenlängen auf einer einzigen Faser, wobei jede Wellenlänge die Übertragung eines separaten 100 Gb/s Ethernet-Datenstroms unterstützt. ITU-T G.698-2 ist ein überarbeiteter ITU-Standard für „Verstärkte Mehrkanal-DWDM-Anwendungen mit optischen Einkanalschnittstellen“. Er unterstützt ein phasenmoduliertes Signal mit DP-DQPSK (Dual Polarization – Differential Quadrature Phase-Shift Keying). 

Coherent Pluggables: Was ist drin? 

Auf einer hohen Ebene enthalten die inneren Abläufe eines kohärenten Pluggable eine optische Engine mit drei Hauptkomponenten, wie in Abbildung 1 dargestellt. 

Abbildung 1  Übersichtsschema der kohärenten optischen Engine  

Abbildung 2 zeigt eine detailliertere Ansicht der typischen Komponenten eines kohärenten steckbaren Bauteils, einschließlich Polarisationssteuerung, Modulatoren, Oszillatoren, Treibern, TIAs, Laser und Fotodetektoren (PDs). Die meisten kohärenten Transceiver verfügen über sehr schnelle Digital-Analog- (DAC) und Analog-Digital-Wandler (ADC) sowie einen digitalen Signalprozessor (DSP), der als digitales „Gehirn“ des optischen Kommunikationssystems dient und eine fortschrittliche Datenverarbeitung durchführt, um die Kapazität, Reichweite und Zuverlässigkeit der Hochgeschwindigkeitsübertragung zu maximieren. In all diese hochmodernen Komponenten sind jahrelange Forschung und Entwicklung sowie Investitionen in die Entwicklung dieser Technologien eingeflossen.  

Figur 2  Detailliertere Ansicht der Coherent Optical Engine 

Während Abbildung 2 oben einen generischen Coherent-Transceiver darstellt, können je nach Transceivertyp einige andere Komponenten erforderlich sein. Beispielsweise ein kleiner Verstärker, der in das Photonikdesign für Anwendungen mit höherer TX-Ausgangsleistung eingebettet ist, und ein abstimmbarer optischer Filter für Pluggables, die über diese Fähigkeit verfügen. 

Coherent Pluggables von Precision OT: 

Das kohärente steckbare Portfolio von Precision OT umfasst verschiedene Optionen in den gängigsten Formfaktoren: QSFP-DD und QSFP28. Jedes Produkt kann je nach Host- und Netzwerkarchitekturanforderungen des Kunden eine andere Anwendung oder einen anderen Anwendungsbereich bedienen. 

1. ich) PRE-QSFP56DD-ZR – Dieses Produkt ist der Standard-Transceiver, der die OIF 400ZR IA erfüllt:

• • Einzelrate 400G 
  • DP-16QAM 
  • C-FEC 
  • Abstimmbares C-Band DWDM  
  • ~ -10 dBm TX-Leistung  
  • Erreichen: 
    • Bis zu 40 km unverstärkt 
    • Bis zu 120km mit Verstärkung 

1. ii) PRE-QSFP56DD-ZRHT – Ähnlich wie der reguläre 400G ZR, jedoch mit einer Verbesserung des Standards, um die Verwendung mit älteren optischen Verstärkern zu ermöglichen, die eine höhere Sendeleistung (HT) erfordern, oder für eine größere Reichweite bei unverstärkten Verbindungen.

• • Einzelrate 400G 
  • DP-16QAM 
  • C-FEC 
  • Abstimmbares C-Band DWDM 
  • ~ 0 dBm Sendeleistung  
  • Erreichen: 
    • Bis zu 80km unverstärkt 
    • Bis zu 120km mit Verstärkung

1. iii) PRE-QSFP56DD-ZRXT – Eine maßgeschneiderte und einzigartige Lösung, die 400G über unverstärkte Punkt-zu-Punkt-Verbindungen bis zu 120 km ermöglicht. 

• • Einzelrate 400G 
  • DP-16QAM 
  • C-FEC 
  • Fester DWDM ITU-Kanal 37 
  • ~ +4 dBm Sendeleistung  
  • Reichweite: Bis zu 120km unverstärkt 

1. iv) PRE-QSFP56DD-ZRP – Diese bald erscheinende Optik ist der standardmäßige steckbare Transceiver, der sowohl den Open ZR+- als auch den OIF-Standard erfüllt.  

• • Mehrfachrate 400G-100G 
  • DP-16QAM/8QAM/QPSK 
  • O-FEC/C-FEC 
  • Abstimmbares C-Band DWDM 
  • ~ -10 dBm TX-Leistung  
  • Erreichen: 
    • Bis zu 40 km unverstärkt 
    • Bis zu 480 km mit nur EDFA / 1000 km mit Raman/EDFA-Hybrid 

1. v) PRE-QSFP56DD-ZRPHT – Nächste Generation von 400G ZR+-Optiken mit höherer Sendeleistung für Brownfield-Netzwerke, die im Vergleich zu ihrer bestehenden Konfiguration eine ähnliche Sendeleistung in ihre OLS-Systeme benötigen.

• • Mehrfachrate 400G-100G 
  • DP-16QAM/8QAM/QPSK 
  • O-FEC/C-FEC 
  • Abstimmbares C-Band DWDM  
  • ~ 0 dBm Sendeleistung  
  • Erreichen: 
    • Bis zu 80km unverstärkt 
    • Bis zu 480 km mit nur EDFA / 1000 km mit Raman/EDFA-Hybrid 

1. vi) QSFP28 100G ZR Coherent – In Kürze verfügbar…….

Die Branche wartet seit langem auf eine Access/Edge-Lösung um 100G DWDM-Schnittstellen zu ermöglichen, ohne in teure Transportausrüstung oder teurere Switches oder Router mit QSFP-DD-Ports investieren zu müssen. In Kürze ist der erste kohärente Transceiver im Standard-QSFP28-Formfaktor erhältlich. Er wird in fast allen älteren Hostgeräten einsetzbar sein.   

Zu den Funktionen des QSFP28 100G ZR Coherent gehören: 

• 100GbE/OTU4 
• DP-DQPSK 
• SC-FEC 
• Abstimmbares C-Band DWDM  
• Extern abstimmbar mit Precisions exklusivem TN100-QDD-Tuning-Modul 
• Erreichen:
  • Bis zu 80km unverstärkt 
  • Bis zu 300km mit Verstärkung und Dispersionskompensation 
  • <5,5 W Stromverbrauch 
  • SFF-8636-kompatibel 

Was Precision OT zusätzlich zu Coherent Pluggables bietet: 

Wir verfügen über langjährige Erfahrung in der Bereitstellung eines praktischen Ansatzes zur Replikation von Netzwerken, zur Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit und zur Bereitstellung des höchsten Serviceniveaus. Bei Precision OT: 

• Stellen Sie vollständig interoperable und kompatible kohärente Module sicher und vermeiden Sie herstellergebundene/proprietäre DSP-basierte Optiken. 
• Befolgen Sie die Industriestandards für 400ZR, OpenZR+, 100G ZR, SFF und CMIS-genehmigte Dokumente und Vereinbarungen 
• Führen Sie eine plattformübergreifende Hostsystemintegration und -kompatibilität durch 
• Testen Sie die Mindestversionen der Host-Software auf volle Funktionalität 
• Sorgen Sie für eine Lieferkettenvielfalt aller kohärenten Module 
• Nehmen Sie an branchenweiten Standardisierungsgruppen, Plugfests und Demos teil, um über die neuesten Entwicklungen in der Netzwerktechnologie auf dem Laufenden zu bleiben.