Que contient un Coherent Pluggable ?

Les émetteurs-récepteurs cohérents enfichables ont transformé les communications optiques, offrant des améliorations substantielles en termes de capacité de longueur d'onde, de portée et d'efficacité spectrale tout en réduisant également les coûts par bit et la consommation d'énergie. Mais que contiennent ces appareils à la fois compacts et puissants ? Suivez notre série en 2 parties pendant que nous disséquons le pluggable cohérent….. 

Communication optique cohérente : les bases  

La communication optique cohérente utilise une modulation cohérente à l'extrémité émettrice d'une liaison à fibre optique et une technologie cohérente supplémentaire à l'extrémité réceptrice pour la détection. Dans cette technique, l'amplitude et la phase des ondes lumineuses sont modulées pour représenter des données numériques, permettant une transmission d'informations à grande vitesse et sur de longues distances. Du côté de la réception, des techniques sophistiquées de traitement du signal sont utilisées pour détecter et décoder avec précision les signaux transmis, même en présence de bruit et de distorsion. Le maintien d'une référence de phase entre les signaux transmis et reçus permet une détection et une extraction plus précises des informations. Une communication cohérente permet des débits de données plus élevés sur des distances de transmission plus longues et une efficacité spectrale accrue par rapport à d'autres méthodes de communication optique telles que NRZ (non-retour à zéro) ou PAM-4 (modulation d'amplitude d'impulsion – 4 niveaux).  

Figure 1  Concept de communication optique cohérent 

Les émetteurs-récepteurs enfichables cohérents sont des modules optiques compacts qui intègrent une technologie optique cohérente dans un format qui peut être facilement branché sur des commutateurs, des routeurs et d'autres équipements réseau. Les progrès récents dans la technologie cohérente enfichable disponible dans les formats QSFP-DD ou OSFP offrent une densité accrue par rapport aux transpondeurs cohérents intégrés ou aux émetteurs-récepteurs CFP2. Outre leur densité améliorée, ces modules enfichables offrent également des vitesses plus élevées et une portée étendue, tout en tirant parti de la flexibilité et de la commodité des modules enfichables remplaçables à chaud. 

Technologie cohérente : schémas et normes de modulation  

La technologie Coherent révolutionne la communication optique en employant des techniques sophistiquées de modulation et de codage pour améliorer la transmission de données à longue portée sur les réseaux à fibre optique. Dans le contexte de normes enfichables cohérentes, ces techniques de modulation et de codage jouent un rôle central dans la définition des spécifications et des exigences de performances des émetteurs-récepteurs enfichables. En adhérant à des technologies et des protocoles standardisés, les émetteurs-récepteurs enfichables cohérents garantissent l'interopérabilité, la compatibilité et l'évolutivité dans divers environnements réseau. 

Types de modulation cohérente 

Un diagramme de constellation est souvent utilisé pour représenter le signal modulé par un schéma de modulation numérique. Il affiche le signal sous la forme d'un diagramme de diffusion xy bidimensionnel dans le plan complexe aux instants d'échantillonnage des symboles, comme le montre la figure 2 ci-dessous pour NRZ, PAM-4 et QPSK (Clé par déplacement de phase en quadrature) : 

Figure 2 Exemples de schémas de modulation non cohérents et cohérents 

L'optique non cohérente utilise généralement des schémas de modulation plus simples tels que NRZ ou PAM4, tandis que l'optique cohérente utilise des schémas plus avancés tels que QPSK. Les techniques de modulation avancées utilisées dans les communications optiques cohérentes exploitent la phase et/ou l'amplitude du signal porteur optique et les polarisations multiples. Ces nouveaux formats sont essentiels pour atteindre des débits de transmission de données élevés et pour améliorer l'efficacité spectrale du système de communication optique : 

i.) Modulation par changement de phase (PSK) – Les techniques de modulation PSK telles que QPSK et 8PSK modulent le signal porteur en changeant sa phase. QPSK est largement utilisé dans les systèmes de communication optique cohérents, en particulier dans les émetteurs-récepteurs cohérents 100G et 200G. Il code deux bits de données numériques par symbole en modulant la phase du signal porteur optique dans quatre états différents, généralement séparés de 90 degrés. QPSK offre un équilibre entre l'efficacité spectrale et la robustesse contre les déficiences telles que la dispersion chromatique et la dispersion du mode de polarisation. 

Figure 3 Diagrammes de constellation pour QPSK et 8PSK 

ii.) Modulation d'amplitude en quadrature (QAM) – QAM est un format de modulation plus sophistiqué qui combine à la fois la modulation de phase et la modulation d'amplitude. Il permet la transmission de plusieurs bits par symbole en modulant à la fois la phase et l'amplitude du signal porteur optique. Une modulation de 4-QAM aurait la même constellation qu'une modulation QPSK, comme le montre l'image ci-dessous. Les modulations d'ordre supérieur telles que 16-QAM, 64-QAM, ou même plus, peuvent atteindre des débits de données plus élevés mais nécessiteront un traitement du signal plus complexe et un rapport signal/bruit plus élevé.

Figure 4 Diagrammes de constellation pour 4-QAM, 8-QAM et 16-QAM 

Un exemple pratique d'émetteur-récepteur cohérent 400G ZR utilisant la modulation 16QAM sans bruit (image de gauche) et avec du bruit ajouté (image de droite) est présenté à la figure 5. Plus la transmission est bruyante, plus il sera difficile pour le récepteur de différencier chaque symbole. transmis et des erreurs se produiront. 

Figure 5 Exemple de diagramme de constellation d'émetteur-récepteur cohérent 400G ZR :  
Modulation 16QAM sans bruit (à gauche) et avec bruit (à droite)

En fonction du type d'émetteur-récepteur, du débit de données et de l'application, différents schémas de modulation seront utilisés. En règle générale, vous verrez les schémas de débit de données et de modulation suivants associés : 

100G – DP-QPSK 

200G – DP-QPSK 

300G – DP-8QAM 

400G – DP-16QAM  

Cependant, ces débits de données et applications ne se limitent pas à ces modulations. Par exemple, une application qui utilise 400G – DP-8QAM peut permettre une portée plus longue car les exigences en matière de SNR optique seront inférieures à celles d'un 400G DP-16QAM. 

Une autre technique importante utilisée en optique cohérente qui permet d'augmenter le débit de données (également utilisée dans les transmissions sans fil, par exemple) est la double polarisation (DP). Dans les techniques à double polarisation, le même signal est transmis dans deux polarisations optiques orthogonales à un angle de 90 degrés, doublant ainsi la quantité de données transmises (voir Figure 6). La double polarisation associée à la technologie Coherent au niveau du récepteur permet le démultiplexage de polarisation numérique et le post-traitement via DSP (Digital Signal Processing) pour récupérer les informations transmises.

Figure 6 Signal à double polarisation 

Recherchez la deuxième partie dans les semaines à venir, où nous discuterons des techniques de correction d'erreurs, des principales normes industrielles et de l'anatomie intérieure des plug-ins cohérents. Pour plus d'informations sur l'optique cohérente et autres, consultez notre offrandes ou contactez notre équipe d'experts pour toute question des questions!