Tre tecnologie per ottenere velocità di trasmissione più elevate per i moduli ottici

Con il rapido aumento del cloud computing e dei big data, i data center e gli operatori di telecomunicazioni hanno requisiti sempre più elevati per la velocità di trasmissionemoduli ottici. Dal 1998, i moduli ottici sono stati continuamente aggiornati verso velocità più elevate e contenitori più piccoli. I moduli ottici generalmente utilizzano soluzioni tecniche come l'aumento del numero di lunghezze d'onda, l'aumento del numero di canali di trasmissione del segnale e l'aumento della velocità a canale singolo per ottenere velocità di trasmissione più elevate per i moduli ottici. Questo articolo presenta brevemente queste tre soluzioni tecniche.

1. Aumentare il numero di lunghezze d'onda

Il principio di aumentare il numero di lunghezze d'onda per ottenere una velocità di trasmissione più elevata del modulo ottico si basa sulla tecnologia WDM (wavelength division multiplexing). I segnali ottici di diverse lunghezze d'onda vengono accoppiati a una fibra ottica attraverso un combinatore per la trasmissione, quindi il segnale ottico viene scomposto nei segnali d'onda ottici multipli originali da un demultiplexer, che di solito viene chiamato tecnologia WDM.

La tecnologia WDM consente di trasmettere più segnali ottici di diverse lunghezze d'onda sulla stessa fibra ottica, ottenendo così il multiplexing e migliorando la capacità di trasmissione e la velocità della fibra ottica. Quando il numero di lunghezze d'onda aumenta, ciascuna lunghezza d'onda può trasportare un flusso di dati indipendente, in modo che più flussi di dati possano essere trasmessi sulla stessa fibra ottica, aumentando così la capacità di trasmissione complessiva. Questo metodo può aumentare efficacemente la velocità di trasmissione del modulo ottico senza modificare altre parti del modulo ottico.

Attraverso la tecnologia WDM, i segnali ottici di diverse lunghezze d'onda possono essere trasmessi in modo indipendente nella fibra ottica e non interferiscono tra loro. In questo modo, è possibile raggiungere l'obiettivo di una velocità di trasmissione più elevata del modulo ottico e anche migliorare il tasso di utilizzo e l'efficienza di trasmissione della fibra ottica.

A seconda dell'intervallo di lunghezze d'onda, i moduli ottici utilizzeranno le tecnologie CWDM, LWDM e SWDM.

(1) Tecnologia di multiplexing a divisione di lunghezza d'onda grossolana CWDM, l'intervallo di lunghezze d'onda è compreso tra 1270 nm e 1610 nm, l'intervallo di lunghezze d'onda è 20 nm e da 8 a 16 lunghezze d'onda possono essere multiplexate sulla stessa fibra ottica. I moduli ottici rappresentativi includono QSFP+ LR4 e QSFP28 CWDM4.

(2) Tecnologia LWDM di multiplexing a divisione di lunghezza d'onda fine, l'intervallo di lunghezze d'onda è compreso tra 1269 nm e 1332 nm, appartenente alla banda O, l'intervallo di lunghezze d'onda è 4 nm e le lunghezze d'onda operative sono 1295 nm, 1300 nm, 1304 nm e 1309 nm. I moduli ottici rappresentativi includono QSFP28 LR4, QSFP28 ER4 e QSFP28 ZR4.

(3) Tecnologia di multiplexing a divisione di lunghezza d'onda corta SWDM, l'intervallo di lunghezze d'onda è compreso tra 850 e 950 nm, l'intervallo di banda è 30 nm e le quattro finestre di banda sono 850 nm, 880 nm, 910 nm e 940 nm. I moduli ottici rappresentativi sono multimodali 40G SWDM4 e 100G SWDM4.

2. Aumentare il numero di canali di trasmissione del segnale

Aumentando il numero di canali di trasmissione del segnale, per trasmettere i segnali vengono utilizzati più canali con la stessa lunghezza d'onda, operazione chiamata tecnologia ottica parallela. Le lunghezze d'onda operative sono 850 nm e 1310 nm, che è una soluzione economica per 4*25G, 4*50G e 8*50G. I moduli ottici rappresentativi includono QSFP+ SR4, QSFP28 SR4 e QSFP-DD SR4.

3. Aumentare la velocità del canale singolo

NRZ (modulazione di non ritorno a zero) e PAM4 (modulazione di ampiezza dell'impulso a 4 livelli) sono due tecnologie di modulazione comuni utilizzate per aumentare la velocità a canale singolo dei moduli ottici.

La tecnologia NRZ è un comune metodo di modulazione binaria che invia un impulso di ampiezza fissa in ogni ciclo di clock per rappresentare il bit di dati. La velocità di trasmissione della tecnologia NRZ è limitata perché può trasmettere solo un bit per unità di tempo. Tuttavia, la tecnologia NRZ è ancora ampiamente utilizzata in molti sistemi di comunicazione ottica.

La tecnologia PAM4 codifica i dati inviando 4 impulsi di diversa ampiezza in ciascun ciclo di clock. Rispetto al tradizionale metodo di modulazione binaria, PAM4 può trasmettere più bit per unità di tempo, aumentando così la velocità di trasmissione di un singolo canale. La tecnologia PAM4 è stata ampiamente utilizzata nelle comunicazioni ottiche ad alta velocità e nell'interconnessione dei data center.

Essendo la prossima generazione di tecnologia di trasmissione dell'interconnessione del segnale ad alta velocità, PAM4 raggiunge una velocità di trasmissione più elevata per canale per unità di tempo con i suoi maggiori livelli di segnale. Pur garantendo che il numero attuale di canali e dispositivi ottici esistenti rimangano invariati, la velocità dell'interfaccia di rete può essere aumentata fino al doppio dell'originale aggiornando il chip elettrico interno del modulo ottico. I moduli ottici rappresentativi includono 50G SFP56-DD SR (1*50G PAM4), 200G QSFP56 FR4 (4*50G PAM4) e 400G QSFP-DD SR8 (8*50G PAM4).

Rispetto al tradizionale segnale NRZ, il segnale PAM4 ha due segnali di livello in più per la trasmissione del segnale. Nello stesso periodo del simbolo, il bit rate del segnale PAM4 è doppio di quello del segnale NRZ.

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