¿Qué hay en un conector coherente?

Los transceptores enchufables coherentes han transformado las comunicaciones ópticas, proporcionando mejoras sustanciales en la capacidad de longitud de onda, el alcance y la eficiencia espectral, al tiempo que reducen los costos por bit y el consumo de energía. Pero, ¿qué hay dentro de estos dispositivos excepcionalmente compactos pero potentes? Siga nuestra serie de dos partes mientras analizamos lo conectable coherente... 

Comunicación óptica coherente: conceptos básicos  

La comunicación óptica coherente utiliza modulación coherente en el extremo transmisor de un enlace de fibra óptica y tecnología coherente adicional en el extremo receptor para la detección. En esta técnica, tanto la amplitud como la fase de las ondas de luz se modulan para representar datos digitales, lo que permite la transmisión de información a alta velocidad y larga distancia. En el extremo receptor, se utilizan técnicas sofisticadas de procesamiento de señales para detectar y decodificar las señales transmitidas con precisión, incluso en presencia de ruido y distorsión. Mantener una referencia de fase entre las señales transmitidas y recibidas permite una detección y extracción de información más precisa. La comunicación coherente permite velocidades de datos más altas a distancias de transmisión más largas y una mayor eficiencia espectral en comparación con otros métodos de comunicación óptica como NRZ (sin retorno a cero) o PAM-4 (modulación de amplitud de pulso – 4 niveles).  

Figura 1  Concepto de comunicación óptica coherente 

Los transceptores enchufables coherentes son módulos ópticos compactos que integran tecnología óptica coherente en un factor de forma que se puede conectar fácilmente a conmutadores, enrutadores y otros equipos de red. Los avances recientes en la tecnología enchufable coherente disponible en factores de forma QSFP-DD u OSFP ofrecen una mayor densidad en comparación con los transpondedores coherentes integrados o los transceptores CFP2. Además de la densidad mejorada, estos módulos conectables también brindan velocidades más altas y un mayor alcance, al mismo tiempo que aprovechan la flexibilidad y la conveniencia de los módulos conectables e intercambiables en caliente. 

Tecnología coherente: esquemas y estándares de modulación  

La tecnología Coherent revoluciona la comunicación óptica al emplear sofisticadas técnicas de modulación y codificación para mejorar la transmisión de datos de largo alcance a través de redes de fibra óptica. En el contexto de estándares conectables coherentes, estas técnicas de modulación y codificación desempeñan un papel central en la definición de las especificaciones y requisitos de rendimiento de los transceptores conectables. Al adherirse a tecnologías y protocolos estandarizados, los transceptores conectables coherentes garantizan interoperabilidad, compatibilidad y escalabilidad en diversos entornos de red. 

Tipos de modulación coherente 

A menudo se utiliza un diagrama de constelación para representar la señal modulada por un esquema de modulación digital. Muestra la señal como un diagrama de dispersión xy bidimensional en el plano complejo en instantes de muestreo de símbolos, como se muestra a continuación en la Figura 2 para NRZ, PAM-4 y QPSK (codificación por desplazamiento de fase en cuadratura): 

Figura 2 Ejemplos de esquemas de modulación coherentes y no coherentes 

La óptica no coherente normalmente utilizará esquemas de modulación más simples, como NRZ o PAM4, mientras que la óptica coherente emplea esquemas más avanzados, como QPSK. Las técnicas de modulación avanzadas utilizadas en las comunicaciones ópticas coherentes aprovechan la fase y/o amplitud de la señal portadora óptica y múltiples polarizaciones. Estos nuevos formatos son fundamentales para conseguir altas velocidades de transmisión de datos y mejorar la eficiencia espectral del sistema de comunicación óptica: 

i.) Modulación por desplazamiento de fase (PSK): las técnicas de modulación PSK, como QPSK y 8PSK, modulan la señal portadora cambiando su fase. QPSK se utiliza ampliamente en sistemas de comunicación óptica coherente, especialmente en transceptores coherentes de 100G y 200G. Codifica dos bits de datos digitales por símbolo modulando la fase de la señal portadora óptica en cuatro estados diferentes, normalmente separados por 90 grados. QPSK ofrece un equilibrio entre eficiencia espectral y robustez frente a deficiencias como la dispersión cromática y la dispersión del modo de polarización. 

Figura 3 Diagramas de constelación para QPSK y 8PSK 

ii.) Modulación de amplitud en cuadratura (QAM): QAM es un formato de modulación más sofisticado que combina modulación de fase y amplitud. Permite la transmisión de múltiples bits por símbolo modulando tanto la fase como la amplitud de la señal portadora óptica. Una modulación de 4-QAM tendría la misma constelación que una modulación QPSK como se muestra en la imagen a continuación. Las modulaciones de orden superior, como 16-QAM, 64-QAM o incluso superiores, pueden lograr velocidades de datos más altas, pero requerirán un procesamiento de señal más complicado y una relación señal-ruido más alta.

Figura 4 Diagramas de constelación para 4-QAM, 8-QAM y 16-QAM 

En la Figura 5 se muestra un ejemplo práctico de un transceptor coherente 400G ZR que utiliza modulación 16QAM sin ruido (imagen izquierda) y con ruido añadido (imagen derecha). Cuanto más ruidosa sea la transmisión, más difícil será para el receptor diferenciar entre cada símbolo. transmitirá y se producirán errores. 

Figura 5 Ejemplo de diagrama de constelación del transceptor coherente 400G ZR:  
Modulación 16QAM sin ruido (izquierda) y con ruido (derecha)

Dependiendo del tipo de transceptor, la velocidad de datos y la aplicación, se utilizarán diferentes esquemas de modulación. Normalmente, verás los siguientes esquemas de modulación y velocidad de datos emparejados: 

100G – DP-QPSK 

200G – DP-QPSK 

300G – DP-8QAM 

400G – DP-16QAM  

Sin embargo, estas velocidades de datos y aplicaciones no se limitan a estas modulaciones. Por ejemplo, una aplicación que utiliza 400G – DP-8QAM puede permitir un mayor alcance ya que los requisitos de SNR óptico serán menores en comparación con un 400G DP-16QAM. 

Otra técnica importante empleada en óptica coherente que permite aumentar la velocidad de datos (también utilizada en transmisiones inalámbricas, por ejemplo) es la polarización dual (DP). En las técnicas de polarización dual, la misma señal se transmite en dos polarizaciones ópticas ortogonales en un ángulo de 90 grados, duplicando efectivamente la cantidad de datos transmitidos (consulte la Figura 6). La doble polarización combinada con la tecnología Coherent en el receptor permite la demultiplexación y el posprocesamiento de la polarización digital mediante DSP (Digital Signal Processing) para recuperar la información transmitida.

Figura 6 Señal de doble polarización 

Busque la Parte II en las próximas semanas, donde discutiremos técnicas de corrección de errores, estándares clave de la industria y la anatomía interior de los conectables coherentes. Para obtener más información sobre óptica coherente y de otro tipo, consulte nuestra ofrendas o póngase en contacto con nuestro personal experto con cualquier preguntas!