Tres tecnologías para lograr mayores velocidades de transmisión para módulos ópticos

Con el rápido aumento de la computación en la nube y el big data, los centros de datos y los operadores de telecomunicaciones tienen requisitos cada vez mayores en cuanto a la velocidad de transmisión demódulos ópticos. Desde 1998, los módulos ópticos se han actualizado continuamente hacia velocidades más altas y paquetes más pequeños. Los módulos ópticos generalmente utilizan soluciones técnicas como aumentar la cantidad de longitudes de onda, aumentar la cantidad de canales de transmisión de señales y aumentar la velocidad de un solo canal para lograr velocidades de transmisión más altas para los módulos ópticos. Este artículo presenta brevemente estas tres soluciones técnicas.

1. Aumentar el número de longitudes de onda.

El principio de aumentar el número de longitudes de onda para lograr una mayor velocidad de transmisión del módulo óptico se basa en la tecnología de multiplexación por división de longitud de onda (WDM). Las señales ópticas de diferentes longitudes de onda se acoplan a una fibra óptica a través de un combinador para su transmisión, y luego la señal óptica se descompone en las múltiples señales de ondas ópticas originales mediante un demultiplexor, que generalmente se denomina tecnología WDM.

La tecnología WDM permite transmitir múltiples señales ópticas de diferentes longitudes de onda en la misma fibra óptica, logrando así multiplexar y mejorar la capacidad y velocidad de transmisión de la fibra óptica. Cuando aumenta el número de longitudes de onda, cada longitud de onda puede transportar un flujo de datos independiente, de modo que se pueden transmitir múltiples flujos de datos en la misma fibra óptica, aumentando así la capacidad de transmisión general. Este método puede aumentar efectivamente la velocidad de transmisión del módulo óptico sin cambiar otras partes del módulo óptico.

Mediante la tecnología WDM, las señales ópticas de diferentes longitudes de onda se pueden transmitir de forma independiente en la fibra óptica y no interferirán entre sí. De esta manera, se puede lograr el objetivo de una mayor velocidad de transmisión del módulo óptico y también se puede mejorar la tasa de utilización y la eficiencia de transmisión de la fibra óptica.

Dependiendo del intervalo de longitud de onda, los módulos ópticos utilizarán tecnologías CWDM, LWDM y SWDM.

(1) Tecnología de multiplexación por división de longitud de onda gruesa CWDM, el rango de longitud de onda está entre 1270 nm y 1610 nm, el intervalo de longitud de onda es de 20 nm y se pueden multiplexar de 8 a 16 longitudes de onda en la misma fibra óptica. Los módulos ópticos representativos incluyen QSFP+ LR4 y QSFP28 CWDM4.

(2) Tecnología de multiplexación por división de longitud de onda fina LWDM, el rango de longitud de onda está entre 1269 nm y 1332 nm, pertenece a la banda O, el intervalo de longitud de onda es 4 nm y las longitudes de onda operativas son 1295 nm, 1300 nm, 1304 nm y 1309 nm. Los módulos ópticos representativos incluyen QSFP28 LR4, QSFP28 ER4 y QSFP28 ZR4.

(3) Tecnología de multiplexación por división de longitud de onda corta SWDM, el rango de longitud de onda está entre 850 y 950 nm, el intervalo de banda es de 30 nm y las cuatro ventanas de banda son 850 nm, 880 nm, 910 nm y 940 nm. Los módulos ópticos representativos son 40G SWDM4 y 100G SWDM4 multimodo.

2. Aumentar el número de canales de transmisión de señal.

Al aumentar el número de canales de transmisión de señales, se utilizan múltiples canales con la misma longitud de onda para transmitir señales, lo que se denomina tecnología óptica paralela. Las longitudes de onda operativas son 850 nm y 1310 nm, lo que constituye una solución rentable para 4*25G, 4*50G y 8*50G. Los módulos ópticos representativos incluyen QSFP+ SR4, QSFP28 SR4 y QSFP-DD SR4.

3. Aumentar la tarifa monocanal

NRZ (modulación sin retorno a cero) y PAM4 (modulación de amplitud de pulso de 4 niveles) son dos tecnologías de modulación comunes que se utilizan para aumentar la velocidad de un solo canal de los módulos ópticos.

La tecnología NRZ es un método de modulación binaria común que envía un pulso de amplitud fija en cada ciclo de reloj para representar el bit de datos. La velocidad de transmisión de la tecnología NRZ es limitada porque solo puede transmitir un bit por unidad de tiempo. Sin embargo, la tecnología NRZ todavía se utiliza ampliamente en muchos sistemas de comunicación óptica.

La tecnología PAM4 codifica datos enviando 4 pulsos de diferentes amplitudes en cada ciclo de reloj. En comparación con el método tradicional de modulación binaria, PAM4 puede transmitir más bits por unidad de tiempo, aumentando así la velocidad de transmisión de un solo canal. La tecnología PAM4 se ha utilizado ampliamente en comunicaciones ópticas de alta velocidad e interconexión de centros de datos.

Como próxima generación de tecnología de transmisión de interconexión de señales de alta velocidad, PAM4 logra una mayor velocidad de transmisión por canal por unidad de tiempo con sus mayores niveles de señal. Al tiempo que se garantiza que la cantidad actual de canales y dispositivos ópticos existentes permanezcan sin cambios, la velocidad de la interfaz de red se puede aumentar al doble de la original actualizando el chip eléctrico interno del módulo óptico. Los módulos ópticos representativos incluyen 50G SFP56-DD SR (1*50G PAM4), 200G QSFP56 FR4 (4*50G PAM4) y 400G QSFP-DD SR8 (8*50G PAM4).

En comparación con la señal NRZ tradicional, la señal PAM4 tiene dos señales de nivel más para la transmisión de señal. En el mismo período de símbolo, la velocidad de bits de la señal PAM4 es el doble que la de la señal NRZ.

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