諾基亞光傳輸專家認為800G波長的真實性能存疑

  ICC訊（編譯：Aiur） 諾基亞光傳輸專家Randy Eisenach認為，隨著光網(wǎng)絡(luò)供應商宣布支持更高容量波長的第五代相干DSP芯片，與高度控制和優(yōu)化的現(xiàn)場試驗或?qū)嶒炇医Y(jié)果相反，WDM網(wǎng)絡(luò)800G波長的真實性能存疑。在標準的單模光纖上，運營商期望多數(shù)WDM應用能實現(xiàn)100-220km傳輸距離。盡管遠不及某些搶占800G頭條的風頭，但通過簡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(xiàn)了重大的技術(shù)成就，將波長容量推向香濃理論極限。但是，真實效益可能不是因800G波長產(chǎn)生，而是在地區(qū)到海底的距離上實現(xiàn)400G向600G波長升級。

  容量和距離的權(quán)衡

  相干光學中，調(diào)制用于將數(shù)字1和0編碼為以波特率或符號率傳輸?shù)姆?。高階調(diào)制(例如32QAM或64QAM)可以為每個符號編碼更多的比特，但是與低程度的調(diào)制(例如QPSK或8QAM)相比，其權(quán)衡的光傳輸距離會更短。高階調(diào)制會使用更多的星座點，星座點之間的距離更近，使接收機對光信噪比(OSNR)的要求更高(圖1)。對于32QAM和64QAM調(diào)制，更高OSNR要求又會使波長的光傳輸距離更短。

圖1 | QPSK和64QAM調(diào)制

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

  不過，第十五代DSP芯片帶來的一個關(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波長可以基于低階調(diào)制格式，適用于LH、ULH和海底網(wǎng)絡(luò)應用。與之不幸的是，800G波長仍然需要使用32QAM和64QAM調(diào)制，這就限制了其傳輸距離。

  800G：真實性能

  在典型網(wǎng)絡(luò)中，調(diào)制格式并不是限制更高容量波長的唯一因素。光纖類型、光纖衰減規(guī)范和跨距(損耗)在定義傳輸距離時也會起著主要作用。

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

  但這并不意味著供應商不會在有機會的情況下提高性能。伴隨著運營商的合作意愿，我們?nèi)绾卧诤线m的網(wǎng)絡(luò)上進行更大范圍的試驗? 有兩種常見的策略。

  首先，在實際的WDM網(wǎng)絡(luò)上，接收機通常會結(jié)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)和非線性損傷。備用余量是確保WDM網(wǎng)絡(luò)在周期內(nèi)正常運行的必要條件。

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

  同時，如上所述，光纖類型、衰減和跨損在定義最大光學距離上起著巨大作用。這就是為什么現(xiàn)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(shù)和一致、較短跨距的直插式放大器(中繼器)結(jié)合使用以將傳輸范圍擴大到跨洋長度。

  供應商第二種策略是找到一個使用低損耗(LL)或ULL光纖的網(wǎng)絡(luò)，該類型光纖的性能大大超過標準的單模光纖(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(shù)地面網(wǎng)絡(luò)也不常使用。

  基于兩種策略中的任一種，一個或多個800G波長的傳輸距離都會比工業(yè)界普遍認為的實際場景長。若兩者同時使用，供應商可能會實現(xiàn)更長的傳輸距離。因此，隨著網(wǎng)絡(luò)運營商評估多家供應商的800G性能公告，運營商應把每個方案結(jié)果與實際網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的組成和運營進行比較。

  400ZR對800G波長的影響

  與此同時，400ZR光器件的推出對城域邊緣和數(shù)據(jù)中心互連(DCI)應用的大容量網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃產(chǎn)生了影響。新的400ZR標準定義了一個互通、可插拔400G相干模塊，適用于120 km傳輸距離，該模塊內(nèi)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(xiàn)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?shù)膬?yōu)先選擇。

圖2 | 400ZR QSFP-DD模塊(來源：Lightwave)

  引入400ZR光器件可能會減少對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(nèi)，通信信道的傳輸信息量存在上限。1949年，諾基亞貝爾實驗室的克勞德·香農(nóng)(Claude Shannon)著名的論文《通信的數(shù)學理論》中定義了這一理論極限。盡管供應商喜歡區(qū)分其產(chǎn)品和性能，但現(xiàn)代相干光接口實質(zhì)是基于相似的基礎(chǔ)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，而是可以支持更高的波特率(超過90Gbaud)，使在區(qū)域、LH、ULH和海底網(wǎng)絡(luò)應用的400G波長變得可行。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+光器件會成為這一場景的主導選擇。

  特殊ULL光纖或短距離場景會存在一些800G波長應用，但400ZR光器件會在短距離、大容量應用中強力競爭。對于運營商而言，重要的是了解在規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)演進時，使用大容量波長可以預期達到的實際性能。

  關(guān)于作者Randy Eisenach

  Randy Eisenach是諾基亞WDM和高速光學產(chǎn)品管理團隊的成員。他專門研究光學傳輸技術(shù)、下一代ROADM體系結(jié)構(gòu)和高速光子學。Randy擁有30多年的光傳輸網(wǎng)絡(luò)經(jīng)驗，在系統(tǒng)工程、產(chǎn)品管理和產(chǎn)品營銷等方面擔任過各種高級職位。他發(fā)表過多篇論文，并多次在行業(yè)會議上發(fā)表演講。Randy擁有普渡大學電子工程學士學位(BSEE 1983)。