諾基亞光傳輸專(zhuān)家認為800G波長(cháng)的真實(shí)性能存疑

  ICC訊（編譯：Aiur） 諾基亞光傳輸專(zhuān)家Randy Eisenach認為，隨著(zhù)光網(wǎng)絡(luò )供應商宣布支持更高容量波長(cháng)的第五代相干DSP芯片，與高度控制和優(yōu)化的現場(chǎng)試驗或實(shí)驗室結果相反，WDM網(wǎng)絡(luò )800G波長(cháng)的真實(shí)性能存疑。在標準的單模光纖上，運營(yíng)商期望多數WDM應用能實(shí)現100-220km傳輸距離。盡管遠不及某些搶占800G頭條的風(fēng)頭，但通過(guò)簡(jiǎn)要歸納光傳輸范圍性能的影響因素，可以比較容易地解釋這些差異。第五代相干DSP展現了重大的技術(shù)成就，將波長(cháng)容量推向香濃理論極限。但是，真實(shí)效益可能不是因800G波長(cháng)產(chǎn)生，而是在地區到海底的距離上實(shí)現400G向600G波長(cháng)升級。

  容量和距離的權衡

  相干光學(xué)中，調制用于將數字1和0編碼為以波特率或符號率傳輸的符號。高階調制(例如32QAM或64QAM)可以為每個(gè)符號編碼更多的比特，但是與低程度的調制(例如QPSK或8QAM)相比，其權衡的光傳輸距離會(huì )更短。高階調制會(huì )使用更多的星座點(diǎn)，星座點(diǎn)之間的距離更近，使接收機對光信噪比(OSNR)的要求更高(圖1)。對于32QAM和64QAM調制，更高OSNR要求又會(huì )使波長(cháng)的光傳輸距離更短。

圖1 | QPSK和64QAM調制

  由于相干光學(xué)在容量與光傳輸距離之間進(jìn)行了平衡，大容量600G-800G波長(cháng)因為依賴(lài)高階調制，會(huì )被限制在短距離應用中。而長(cháng)途骨干(LH)、超長(cháng)途(ULH)和海底網(wǎng)絡(luò )應用僅限于較低容量200G–400G波長(cháng)，它們可以使用低階調制格式。

  不過(guò)，第十五代DSP芯片帶來(lái)的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢便是可支持90 Gbaud和更高的傳輸。高波特率使400G-600G波長(cháng)可以基于低階調制格式，適用于LH、ULH和海底網(wǎng)絡(luò )應用。與之不幸的是，800G波長(cháng)仍然需要使用32QAM和64QAM調制，這就限制了其傳輸距離。

  800G：真實(shí)性能

  在典型網(wǎng)絡(luò )中，調制格式并不是限制更高容量波長(cháng)的唯一因素。光纖類(lèi)型、光纖衰減規范和跨距(損耗)在定義傳輸距離時(shí)也會(huì )起著(zhù)主要作用。

  所有供應商都使用相同光學(xué)原理和本質(zhì)相同的基礎核心技術(shù)，使基于最新技術(shù)的多數現代相干光學(xué)均沿相似容量與性能曲線(xiàn)運行。因此，盡管廠(chǎng)商非常努力讓產(chǎn)品性能脫穎而出，但無(wú)論選擇哪家供應商，網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商都可以期望在實(shí)際網(wǎng)絡(luò )上看到典型100-220 km的800G波長(cháng)傳輸范圍。

  但這并不意味著(zhù)供應商不會(huì )在有機會(huì )的情況下提高性能。伴隨著(zhù)運營(yíng)商的合作意愿，我們如何在合適的網(wǎng)絡(luò )上進(jìn)行更大范圍的試驗? 有兩種常見(jiàn)的策略。

  首先，在實(shí)際的WDM網(wǎng)絡(luò )上，接收機通常會(huì )結合2到+3 dB的備用余量，以適應器件老化(10-15年)、溫度變化、組件方差、偏振相關(guān)損耗(PDL)和偏振模式色散(PMD)和非線(xiàn)性損傷。備用余量是確保WDM網(wǎng)絡(luò )在周期內正常運行的必要條件。

  與理想情況相比，在WDM設計中包含這樣的備用余量通常會(huì )使真實(shí)網(wǎng)絡(luò )的實(shí)際運行距離減少40%-50%。因此，希望在試驗中擴大距離的供應商可能會(huì )在沒(méi)有這些余量的情況下運營(yíng)。供應商還可以在測試波長(cháng)的任一側添加保護帶，以減少或消除相鄰通道的非線(xiàn)性損失，從而提高性能。

  同時(shí)，如上所述，光纖類(lèi)型、衰減和跨損在定義最大光學(xué)距離上起著(zhù)巨大作用。這就是為什么現代海底網(wǎng)絡(luò )將特殊的超低損耗(ULL)光纖(<01.7 dB / km)與具有良好噪聲系數和一致、較短跨距的直插式放大器(中繼器)結合使用以將傳輸范圍擴大到跨洋長(cháng)度。

  供應商第二種策略是找到一個(gè)使用低損耗(LL)或ULL光纖的網(wǎng)絡(luò )，該類(lèi)型光纖的性能大大超過(guò)標準的單模光纖(例如SMF-28)，后者通常損耗為0.22–0.25 dB/km。從技術(shù)上講，一些優(yōu)質(zhì)LL/ULL光纖盡管是制造商標準單模產(chǎn)品組合的一部分，但其性能并不是標準的，甚至在大多數地面網(wǎng)絡(luò )也不常使用。

  基于兩種策略中的任一種，一個(gè)或多個(gè)800G波長(cháng)的傳輸距離都會(huì )比工業(yè)界普遍認為的實(shí)際場(chǎng)景長(cháng)。若兩者同時(shí)使用，供應商可能會(huì )實(shí)現更長(cháng)的傳輸距離。因此，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商評估多家供應商的800G性能公告，運營(yíng)商應把每個(gè)方案結果與實(shí)際網(wǎng)絡(luò )基礎架構的組成和運營(yíng)進(jìn)行比較。

  400ZR對800G波長(cháng)的影響

  與此同時(shí)，400ZR光器件的推出對城域邊緣和數據中心互連(DCI)應用的大容量網(wǎng)絡(luò )規劃產(chǎn)生了影響。新的400ZR標準定義了一個(gè)互通、可插拔400G相干模塊，適用于120 km傳輸距離，該模塊內部集成DSP芯片。光模塊集成相干DSP一直是行業(yè)發(fā)展目標，直到低功耗7nm CMOS技術(shù)的出現才變得可行。400ZR的小尺寸、低成本、低功耗和可插拔的外形使其成為短距離、大容量傳輸的優(yōu)先選擇。

圖2 | 400ZR QSFP-DD模塊(來(lái)源：Lightwave)

  引入400ZR光器件可能會(huì )減少對800G光器件的迫切需求，因為兩者的接口都面向相同的短距離場(chǎng)景。新型400ZR光模塊預期具有廣泛的適應性，因為它們具有以下優(yōu)勢：成本更低、功率更低、尺寸更小、可插拔形式以及互操作性，它們可以在相同部署中與800G接口直接競爭。

  把光帶到極限

  在任何給定的距離范圍內，通信信道的傳輸信息量存在上限。1949年，諾基亞貝爾實(shí)驗室的克勞德·香農(Claude Shannon)著(zhù)名的論文《通信的數學(xué)理論》中定義了這一理論極限。盡管供應商喜歡區分其產(chǎn)品和性能，但現代相干光接口實(shí)質(zhì)是基于相似的基礎核心技術(shù)。因此，第五代DSP芯片的優(yōu)勢不在于可以支持800G波長(cháng)，而是可以支持更高的波特率(超過(guò)90Gbaud)，使在區域、LH、ULH和海底網(wǎng)絡(luò )應用的400G波長(cháng)變得可行。對于短距離(<120 km)應用，由于其體積小、功耗低、成本低和互操作性，預計400ZR/ZR+光器件會(huì )成為這一場(chǎng)景的主導選擇。

  特殊ULL光纖或短距離場(chǎng)景會(huì )存在一些800G波長(cháng)應用，但400ZR光器件會(huì )在短距離、大容量應用中強力競爭。對于運營(yíng)商而言，重要的是了解在規劃網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)時(shí)，使用大容量波長(cháng)可以預期達到的實(shí)際性能。

  關(guān)于作者Randy Eisenach

  Randy Eisenach是諾基亞WDM和高速光學(xué)產(chǎn)品管理團隊的成員。他專(zhuān)門(mén)研究光學(xué)傳輸技術(shù)、下一代ROADM體系結構和高速光子學(xué)。Randy擁有30多年的光傳輸網(wǎng)絡(luò )經(jīng)驗，在系統工程、產(chǎn)品管理和產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)等方面擔任過(guò)各種高級職位。他發(fā)表過(guò)多篇論文，并多次在行業(yè)會(huì )議上發(fā)表演講。Randy擁有普渡大學(xué)電子工程學(xué)士學(xué)位(BSEE 1983)。