🥇кохерентни CFP WDM (100G/200G) и тяхното приложение в DWDM системи

Първите прессъобщения относно появата на когерентни CFP модули (coherent CFP optical pluggable modules) започнаха да се появяват преди около 5-6 години. Тогава тяхното използване в системите за оптична компактация бе новост и представляваше по същество нишово решение. Сега, след шест години, тези модули се утвърдиха в света на телекома и продължават да набират популярност. Какви видове съществуват, с какво се различават и какви решения на база тях предлагат (и разбира се, изображения под спойлерите) – всичко това е под кат. За четене на статията ще ви е нужно разбиране на основните принципи на DWDM системите.

Кратък преглед на миналото.

Исторически, за оптичните плугини с предавателна скорост 100G, първият форм-фактор CFP стана и първият форм-фактор за решения CFP-WDM. В този момент на пазара имаше две решения:

1. CFP от Menara (в момента част от IPG photonics), позволяващ предаване на 4 канала по 28Gbps в стандартната честотна решетка DWDM 50GHz с използване на импулсна модулация. Не успя да се наложи широко, въпреки че по принцип имаше интересен потенциал за построяване на метрополитен мрежи. По-нататък в статията тези модули няма да бъдат разглеждани.

2. CFP от пионерите – Acacia прессъобщение, построено по най-модерната технология за когерентно откритие с използване на модулация DP-QPSK.

В какво беше пробивът на модулите от Acacia: — това беше първият модул в индустрията, който предлагаше отделен когерентен канал 50ГГц 100Gbit DP-QPSK
— напълно пренастройваем (tunable) в C-band

Преди това подобни решения винаги изглеждаха по следния начин: линейният лазер беше неотделим елемент от платката, на която имаше само един интерфейс за клиентски оптичен модул. Изглеждаше това така:

Напомням, че тогава беше 2013 година.

Такъв модул заменя класическия линейен DWDM интерфейс на традиционен транспондер, работещ в C-band, който може да се усилва, мултиплексира и т.н.
В момента принципите на построяване на когерентни мрежи стана де факто стандарт в индустрията и с това никой не е изненадан, а плътността и обхватът на системите за оптична компактация значително се увеличиха.

Компоненти на модула

Първият модул (Acacia) представляваше тип CFP-ACO. По-долу е даден кратък преглед на разликите между когерентните CFP модули. Но първо, трябва да направим малко отклонение и да разкажем малко за DSP, който е сърцето на тази технология.

малко за модула и DSPМодулът в общи линии се състои от няколко компонента

Тяснополосен променлив лазер
Когерентен модулиратора с двойна поляризация
Digital to analog converter (DAC/ADC) – ЦАП, който преобразува цифровия сигнал в оптичен и обратно.
Digital signal processor (DSP) – възстановява полезната информация от сигнала, отстранявайки влиянието, оказвано върху полезния сигнал в процеса на предаване. В частност:

Компенсация на хроматичната дисперсия (CMD). Важно е, че запасът от математическа компенсация е практически неограничен. И това е прекрасно, тъй като физическата компенсация на CMD винаги е предизвиквала доста проблеми, тъй като това е водело до усилване на нелинейните ефекти в оптичното влакно. Повече информация за нелинейните ефекти можете да прочетете в интернет или в книжката
Компенсация на поляризационно-модова дисперсия (PMD). Компенсацията също така се извършва математически, но заради сложността на природата на PMD, това е по-сложен процес и именно PMD в момента е една от основните причини за ограничаване на разстоянието на работа на оптичните системи (освен загуба и нелинейни ефекти).

DSP работи на много високи символни скорости, в новите системи те са около 69 Gbaud.

Какво ги отличава?

Когерентните оптични модули се различават по разположението на DSP:

CFP-ACO – На модула се намира само оптичната част. Цялата електроника е на платката (card; board) на оборудването, в което се поставя този модул. По това време просто нямаше технологии, позволяващи разполагането на DSP в оптичния модул. По същество, това са модули от първо поколение.
CFP-DCO — в този случай DSP е разположен в самия оптичен модул. Модулът е завършено "коробочно решение". Това са модули от второ поколение.

Външните модули имат напълно идентичен форм-фактор. Но притежават различно съдържание, консумация (DCO е приблизително два пъти повече) и отделяне на топлина. Съответно производителите на решения имат определена гъвкавост — ACO предлага по-дълбока интеграция на решения, DCO позволява да получите решение "от кутията", използвайки оптичния модул подобно на кубчета лего за изграждане на вашето решение. Отделен момент — в подавляващото мнозинство от случаите работата на двата DSP е възможна изключително от един и същ производител. Това налага определени ограничения и потенциално прави DCO модулите значително по-привлекателни за задачи на интероперабилност.

Еволюцията на решението

Тъй като напредъкът не спира и MSA постоянно разработва нови стандарти, последният форм-фактор, в който успяха да разположат DSP е CFP2. Всъщност смятам, че те са близо до следващата стъпка. Ето CFP4-ACOсовсем случайно попаднах на това чудо: Но не знам за търговски продукти, базирани на такива модули.

Форм-факторът (CFP2) в момента преобладава сред всички готови търговски продукти. Именно тези конектори вероятно сте виждали на телекомуникационно оборудване, а много хора се объркват, че тези конектори са много по-големи от обичайната повечето QSFP28. Сега знаете един от начините на тяхното приложение (но е по-добре допълнително да се уверите, че оборудването може да работи с CFP2-ACO/DCO).
сравнение на конекторите QSFP28 и CFP2 на примера на Juniper AXC6160

Освен компактните размери, също така се усъвършенстват и методите на модулация. Във всички известни на мен продукти CFP2-ACO/DCO се поддържа не само модулация DP-QPSK, а и QAM-8 / QAM-16. Именно затова тези модули наричат 100G/200G. Клиентът сам може да избере подходящата модулация, в зависимост от задачите. В най-близко бъдеще трябва да се появят модули, поддържащи скорости до 400G на един оптичен канал.

Еволюцията на решенията Acacia

Въпреки това, в подавляващото мнозинство от случаите за Ultra long haul (ULH) решения се използват класически немодулни линейни интерфейси, които позволяват да се осигури по-голяма дистанция, по-добър OSNR и по-високи нива на модулация. Затова основната област на приложение на когерентни модули обикновено са метрополитен / регионални мрежи. Ако погледнете тук, ще видите, че вероятно имат добри перспективи:

Производители на DSP

Световните производители на coherent DSP, които ги продават на трети компании, са:

Производители на CFP2-ACO/DCO

Производители на когерентни модули ACO/DCO:

Acacia CFP2-ACO; CFP2-DCO; CFP-DCO
Oclaro (в момента на написването на статията погълнати от Lumentum)
Lumentum CFP2-ACO и CFP2-DCO
NeoPhotonics CFP-DCO
Finisar CFP2-ACO; CFP4-ACO
Menara CFP2-DCO

Като се вземе предвид, че част от тези компании са в състояние на оценка и предложени сливания и поглъщания, пазарът на доставчици на подобни решения, както ми се струва, ще се свива. Производството на такива модули е сложен технологичен процес, затова да ги купиш от доставчици в Китай засега, а и мисля, че ще е невъзможно за доста дълго.

Влияние върху индустрията

Появата на подобни модули доведе до малка трансформация на екосистемата на предлаганите на пазара решения.

Първо

производителите започнаха да ги използват в класическите (транспондерни) DWDM решения, като обикновени линейни интерфейси. В резултат получават модулност, гъвкавост и намаление на цената (между другото, такива решения често се избират като Alien Wavelength). Например:

BTI UFM6 (Juniper)
Packetlight PL2000xx
Coriant Groove G30(Infinera)
Huawei TN18LSC
Ciena 5430
Fujitsu 1FINITY

На второ място

производители, които вече доставят телекомуникационно оборудване — комутатори и маршрутизатори, разшириха продуктовите си номенклатури и добавиха поддръжка на такива модули, допълнително приближавайки ни до така наречените IPoDWDM системи. Например:

Juniper (MX/QFX/ACX)
Cisco (NCS / ASR)
Nokia (SR)
Arista (7500R)
Edge-Core (Cassini AS7716-24SC)

При всички изброени производители в продуктовите линии на оборудването вече има плочи за маршрутизатори или комутатори, които поддържат когерентни CFP2 модули.

Отделно

си струва да се споменат и интересни тенденции в световната общност, например проект TIP с един от фокусите си върху разработката на открити оптични мрежи. Изграждането на такива мрежи ще позволи интегриране на оборудването в системи за управление с отворен код, правейки взаимодействието между производителите на оптични системи по-прозрачно и открито. Освен това, на самите устройства (както на транспондери с DCO модули, така и на ROADM/EDFA) се планира използването на софтуер на различни доставчици (например Ipinfusion). Затова през последните години остава в тренд унификацията на компонентната база на решенията и уникалността на софтуерните разработки, в които се залага доста на open-source.

Благодаря за вниманието, надявам се тази статия да беше интересна и полезна за вас. Допълнителни въпроси можете да зададете в коментарите или лично. Ако имате какво да добавите по тази тема, ще бъда много радостен.

основната картинка за статията е взетаот сайта www.colt.net, надявам се, че не възразяват.

Само регистрирани потребители могат да участват в анкетата. Влезте, моля.