🥇kohärente CFP WDM (100G/200G) und ihre Anwendung in DWDM-Systemen

Die ersten Pressemitteilungen über das Auftreten kohärenter CFP-Module (coherent CFP optical pluggable modules) erschienen vor etwa 5-6 Jahren. Ihre Verwendung in optischen Vernetzungssystemen war damals neu und stellte de facto eine Nischenlösung dar. Jetzt, nachdem sechs Jahre vergangen sind, haben diese Module fest Einzug in die Telekommunikationswelt gehalten und gewinnen weiterhin an Popularität. Welche Arten es gibt, wie sie sich unterscheiden und welche Lösungen auf ihrer Basis angeboten werden (und natürlich die Bilder unter Spoilern) – all dies findet sich im Folgenden. Für das Lesen des Artikels benötigen Sie ein Verständnis der grundlegenden Prinzipien von DWDM-Systemen.

Ein kurzer Rückblick in die Vergangenheit.

Historisch gesehen war der erste Formfaktor für optische pluggable modules mit einer Übertragungsrate von 100G der CFP, der auch der erste Formfaktor für CFP-WDM-Lösungen wurde. Zu diesem Zeitpunkt gab es zwei Lösungen auf dem Markt:

1. CFP von Menara (heute Teil von IPG Photonics), das es ermöglichte, vier Kanäle mit 28 Gbps im Standardfrequenzraster DWDM 50GHz unter Verwendung von Impulsmodulation zu übertragen. Eine weitreichende Verbreitung fand nicht statt, obwohl es grundsätzlich interessantes Potenzial für den Aufbau von Metro-Netzen hatte. In diesem Artikel werden wir derartige Module nicht weiter betrachten.

2. CFP von den Pionieren – Acacia Pressemitteilung, die auf der zu diesem Zeitpunkt fortschrittlichsten Technologie der kohärenten Detektion mit DP-QPSK-Modulation basiert.

Worin bestand der Durchbruch der Module von Acacia: — es war das erste Modul in der Branche, das einen separaten kohärenten Kanal von 50GHz 100Gbit DP-QPSK anbot
— vollständig abstimmbar (tunable) im C-Band

Vor diesem Zeitpunkt sahen ähnliche Lösungen in der Regel folgendermaßen aus: Ein linearer Laser war ein untrennbares Element der Platine, auf der sich nur ein Anschluss für das Client-Optikmodul befand. Es sah ungefähr so aus:

Ich erinnere mich, dass es zu diesem Zeitpunkt 2013 war.

Ein solches Modul ersetzte die klassische lineare DWDM-Schnittstelle in einem klassischen Transponder, der im C-Band arbeitet und verstärkt, multiplexiert usw. werden kann.
Heute sind die Prinzipien für den Aufbau kohärenter Netze de facto der Standard in der Branche, und niemand ist davon überrascht. Die Dichte und Reichweite der optischen Vernetzungssysteme ist erheblich gestiegen.

Modulkomponenten

Das erste ihrer (Acacia) Module war vom Typ CFP-ACO. Im Folgenden finden Sie eine kurze Übersicht über die Unterschiede zwischen kohärenten CFP-Modulen. Aber zunächst müssen wir einen kleinen Off-Topic machen und ein wenig darüber erzählen, was DSP ist, das im Wesentlichen das Herz dieser Technologie ist.

ein bisschen über das Modul und DSPDas Modul besteht im Allgemeinen aus mehreren Komponenten

Schmalbandiger umschaltbarer Laser
Kohärenter Modulator mit doppelter Polarisation
Digital-Analog-Wandler (DAC/ADC) – ein DAC, der ein digitales Signal in ein optisches und umgekehrt umwandelt.
Digitaler Signalprozessor (DSP) – stellt nützliche Informationen aus dem Signal wieder her, indem er die Einflüsse, die auf das nützliche Signal während der Übertragung wirken, entfernt. Insbesondere:

Komensation der chromatischen Dispersion (CMD). Dabei ist sein mathematischer Kompensationsspielraum praktisch unbegrenzt. Das ist großartig, da die physikalische Kompensation von CMD immer viele Probleme verursacht hat, da dies die Verstärkung nichtlinearer Effekte im Kabel mit sich bringt. Genaueres über nichtlineare Effekte können Sie im Internet oder in der Buch
Kompensation der polarisationserhaltenden Modulationsdispersion (PMD). Die Kompensation erfolgt ebenfalls auf mathematischem Weg, aber aufgrund der Komplexität der Natur der PMD ist dies ein komplizierterer Prozess, und gerade die PMD ist derzeit eine der Hauptursachen für die Einschränkung der Reichweite optischer Systeme (neben Dämpfung und nichtlinearen Effekten).

DSP arbeitet mit sehr hohen symbolischen Geschwindigkeiten, in den neuesten Systemen handelt es sich um Geschwindigkeiten von etwa 69 Gbaud.

Was unterscheidet sie also?

Kohärente optische Module unterscheiden sich durch die Anordnung des DSP:

CFP-ACO – Auf dem Modul befindet sich nur der optische Teil. Die gesamte Elektronik ist auf der Platine (card; board) des Gerüts untergebracht, in das dieses Modul eingesetzt wird. Zu diesem Zeitpunkt gab es einfach keine Technologien, die es ermöglichten, DSP im optischen Modul unterzubringen. Im Grunde genommen handelt es sich um Module der ersten Generation.
CFP-DCO – In diesem Fall ist der DSP im optischen Modul selbst untergebracht. Das Modul ist eine abgeschlossene "Box-Lösung". Dies sind Module der zweiten Generation.

Die externen Module haben vollkommen identische Formfaktoren. Aber sie haben unterschiedliche interne Komponenten, Verbrauch (DCO ist etwa doppelt so hoch) und Wärmeabgabe. Dementsprechend haben die Anbieter von Lösungen eine gewisse Flexibilität — ACO ermöglicht eine tiefere Integration von Lösungen, DCO bietet eine „Out-of-the-Box“-Lösung, indem es ein optisches Modul wie einen Lego-Stein verwendet, um eine eigene Lösung zu erstellen. Ein separater Punkt ist, dass in der überwiegenden Mehrheit der Fälle die Arbeit eines Paares von DSPs ausschließlich von einem und demselben Hersteller möglich ist. Dies bringt gewisse Einschränkungen mit sich und macht DCO-Module potenziell viel attraktiver für Interoperabilitätsaufgaben..

Die Evolution der Lösung

Da der Fortschritt nicht stillsteht und MSA ständig neue Standards entwickelt, ist der letzte Formfaktor, in dem es gelungen ist, DSPs unterzubringen, CFP2. Tatsächlich sind sie, denke ich, nah am nächsten Schritt. Hier ist CFP4-ACO.Zufällig bin ich auf dieses Wundergestoßen: Aber ich kenne bisher keine kommerziellen Produkte, die auf solchen Modulen basieren.

Der Formfaktor (CFP2) dominiert derzeit alle verfügbaren kommerziellen Produkte. Diese Anschlüsse haben Sie sicherlich schon auf Telekommunikationsgeräten gesehen, und viele sind verwirrt, da diese Anschlüsse viel größer sind als die gewohnten QSFP28. Nun wissen Sie, eine der Anwendungsmöglichkeiten (aber es ist besser, zusätzlich sicherzustellen, dass die Geräte mit CFP2-ACO/DCO arbeiten können).
Vergleich der Anschlüsse QSFP28 und CFP2 am Beispiel Juniper AXC6160

Neben den kompakten Abmessungen werden auch die Modulationsmethoden weiter verbessert. In allen mir bekannten Produkten CFP2-ACO/DCO wird nicht nur die Modulation DP-QPSK, sondern auch QAM-8/QAM-16 unterstützt. Aus diesem Grund werden diese Module als 100G/200G bezeichnet. Der Kunde kann selbst die gewünschte Modulation basierend auf den Anforderungen auswählen. In naher Zukunft sollten Module erscheinen, die Geschwindigkeiten von bis zu 400G auf einem optischen Kanal unterstützen.

Die Evolution der Acacia-Lösungen

Allerdings werden in der überwiegenden Mehrheit der Fälle für Ultra-Long-Haul (ULH) -Lösungen klassische, nicht modulare Linieninterfaces verwendet, die eine größere Reichweite, besseres OSNR und höhere Modulationslevel bieten. Daher ist der Hauptanwendungsbereich koherenter Module hauptsächlich die Metro-/Regionalnetze. Wenn man sich hier, dann sieht man, dass sie wahrscheinlich gute Perspektiven haben:

Die Hersteller von DSPs

Die weltweit agierenden Hersteller von coherent DSP, die diese an Drittunternehmen verkaufen, sind:

Hersteller von CFP2-ACO/DCO

Hersteller von kohärenten ACO/DCO-Modulen:

Acacia CFP2-ACO; CFP2-DCO; CFP-DCO
Oclaro (zum Zeitpunkt des Verfassens des Artikels von Lumentum übernommen)
Lumentum CFP2-ACO und CFP2-DCO
NeoPhotonics CFP-DCO
Finisar CFP2-ACO; CFP4-ACO
Menara CFP2-DCO

Angesichts der Tatsache, dass einige dieser Unternehmen in einem Zustand von Bewertungen und vorgeschlagenen Fusionen und Übernahmen sind, wird der Markt für Anbieter solcher Lösungen, meiner Meinung nach, schrumpfen. Die Herstellung solcher Module ist ein komplexer technologischer Prozess, daher wird es meines Erachtens noch eine lange Zeit unmöglich sein, sie von Anbietern in Übersee zu kaufen.

Einfluss auf die Branche

Das Erscheinen solcher Module hat zu einer kleinen Transformation des Ökosystems der auf dem Markt angebotenen Lösungen geführt.

Erstens

Begannen Hersteller, diese in klassischen (Transponder-) DWDM-Lösungen als normale lineare Schnittstellen zu verwenden. Dabei erhielten sie Boni wie Modularität, Flexibilität und Kostenreduzierung (übrigens werden solche Lösungen ziemlich häufig als Alien Wavelength gewählt). Zum Beispiel:

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

Zweitens

Hersteller, die bereits Telekommunikationsgeräte – Switches und Router – anbieten, haben ihr Sortiment erweitert und unterstützen nun auch solche Module, wodurch sie uns den sogenannten IPoDWDM-Systemen näherbringen.. Zum Beispiel:

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

Alle genannten Hersteller haben in ihren Produktreihen bereits Karten für Router oder Switches, die kohärente CFP2-Module unterstützen.

Separat

Es ist auch erwähnenswert, dass es interessante Trends in der globalen Gemeinschaft gibt, wie zum Beispiel das Projekt TIP dessen Kernfokus die Entwicklung offener optischer Netze. Der Aufbau solcher Netze wird ermöglichen, Geräte in Systeme mit Open-Source-Management zu integrieren, wodurch die Interaktion zwischen den Herstellern optischer Systeme transparenter und offener wird. Darüber hinaus ist geplant, auf den Geräten selbst (sowohl bei Transpondern mit DCO-Modulen als auch bei ROADM/EDFA) Software verschiedener Anbieter zu nutzen (zum Beispiel Ipinfusion). Deshalb bleibt in den letzten Jahren die Vereinheitlichung der Komponentenbasis von Lösungen und die Einzigartigkeit von Softwareentwicklungen, bei denen auf Open Source ein erheblicher Schwerpunkt gelegt wird, ein Trend.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit, ich hoffe, dieser Artikel war für Sie interessant und nützlich. Weitere Fragen können Sie in den Kommentaren oder persönlich stellen. Wenn Sie Anmerkungen zu diesem Thema haben, freue ich mich sehr.

Das Hauptbild für den Artikel stammt vonVon der Website www.colt.net, ich hoffe, sie haben nichts dagegen.

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