Três tecnologias para alcançar taxas de transmissão mais altas para módulos ópticos

Com o rápido crescimento da computação em nuvem e do big data, os data centers e as operadoras de telecomunicações têm requisitos cada vez mais elevados para a taxa de transmissão demódulos ópticos. Desde 1998, os módulos ópticos têm sido continuamente atualizados para taxas mais altas e pacotes menores. Os módulos ópticos geralmente usam soluções técnicas, como aumentar o número de comprimentos de onda, aumentar o número de canais de transmissão de sinal e aumentar a taxa de canal único para obter taxas de transmissão mais altas para módulos ópticos. Este artigo apresenta brevemente essas três soluções técnicas.

1. Aumente o número de comprimentos de onda

O princípio de aumentar o número de comprimentos de onda para atingir uma taxa de transmissão mais alta do módulo óptico é baseado na tecnologia de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM). Sinais ópticos de diferentes comprimentos de onda são acoplados a uma fibra óptica através de um combinador para transmissão e, em seguida, o sinal óptico é decomposto nos múltiplos sinais de ondas ópticas originais por um demultiplexador, que geralmente é chamado de tecnologia WDM.

A tecnologia WDM permite que vários sinais ópticos de diferentes comprimentos de onda sejam transmitidos na mesma fibra óptica, conseguindo assim a multiplexação e melhorando a capacidade e taxa de transmissão da fibra óptica. Quando o número de comprimentos de onda aumenta, cada comprimento de onda pode transportar um fluxo de dados independente, de modo que vários fluxos de dados podem ser transmitidos na mesma fibra óptica, aumentando assim a capacidade geral de transmissão. Este método pode efetivamente aumentar a taxa de transmissão do módulo óptico sem alterar outras partes do módulo óptico.

Através da tecnologia WDM, sinais ópticos de diferentes comprimentos de onda podem ser transmitidos independentemente na fibra óptica e não interferirão entre si. Desta forma, o objetivo de maior taxa de transmissão do módulo óptico pode ser alcançado, e a taxa de utilização e eficiência de transmissão da fibra óptica também podem ser melhoradas.

Dependendo do intervalo de comprimento de onda, os módulos ópticos utilizarão tecnologias CWDM, LWDM e SWDM.

(1) Tecnologia de multiplexação por divisão de comprimento de onda grosseira CWDM, a faixa de comprimento de onda está entre 1270 nm-1610 nm, o intervalo de comprimento de onda é de 20 nm e 8 a 16 comprimentos de onda podem ser multiplexados na mesma fibra óptica. Os módulos ópticos representativos incluem QSFP+ LR4 e QSFP28 CWDM4.

(2) Tecnologia de multiplexação por divisão de comprimento de onda fina LWDM, a faixa de comprimento de onda está entre 1269 nm e 1332 nm, pertencente à banda O, o intervalo de comprimento de onda é de 4 nm e os comprimentos de onda operacionais são 1295 nm, 1300 nm, 1304 nm e 1309 nm. Os módulos ópticos representativos incluem QSFP28 LR4, QSFP28 ER4 e QSFP28 ZR4.

(3) Tecnologia de multiplexação por divisão de comprimento de onda curto SWDM, a faixa de comprimento de onda está entre 850 e 950 nm, o intervalo de banda é 30 nm e as quatro janelas de banda são 850 nm, 880 nm, 910 nm e 940 nm. Os módulos ópticos representativos são multimodo 40G SWDM4 e 100G SWDM4.

2. Aumente o número de canais de transmissão de sinal

Ao aumentar o número de canais de transmissão de sinal, vários canais com o mesmo comprimento de onda são usados ​​para transmitir sinais, o que é chamado de tecnologia óptica paralela. Os comprimentos de onda operacionais são 850nm e 1310nm, o que é uma solução econômica para 4*25G, 4*50G e 8*50G. Os módulos ópticos representativos incluem QSFP+ SR4, QSFP28 SR4 e QSFP-DD SR4.

3. Aumente a taxa de canal único

NRZ (modulação sem retorno a zero) e PAM4 (modulação de amplitude de pulso de 4 níveis) são duas tecnologias de modulação comuns usadas para aumentar a taxa de canal único de módulos ópticos.

A tecnologia NRZ é um método comum de modulação binária que envia um pulso de amplitude fixa em cada ciclo de clock para representar o bit de dados. A taxa de transmissão da tecnologia NRZ é limitada porque ela só pode transmitir um bit por unidade de tempo. No entanto, a tecnologia NRZ ainda é amplamente utilizada em muitos sistemas de comunicação óptica.

A tecnologia PAM4 codifica dados enviando 4 pulsos de amplitudes diferentes em cada ciclo de clock. Comparado com o método tradicional de modulação binária, o PAM4 pode transmitir mais bits por unidade de tempo, aumentando assim a taxa de transmissão de um único canal. A tecnologia PAM4 tem sido amplamente utilizada em comunicações ópticas de alta velocidade e interconexão de data centers.

Como a próxima geração de tecnologia de transmissão de interconexão de sinal de alta velocidade, o PAM4 atinge uma taxa de transmissão mais alta por canal por unidade de tempo com seus mais níveis de sinal. Ao garantir que o número atual de canais e dispositivos ópticos existentes permaneçam inalterados, a taxa de interface de rede pode ser aumentada para o dobro do original, atualizando o chip elétrico interno do módulo óptico. Os módulos ópticos representativos incluem 50G SFP56-DD SR (1*50G PAM4), 200G QSFP56 FR4 (4*50G PAM4) e 400G QSFP-DD SR8 (8*50G PAM4).

Comparado com o sinal NRZ tradicional, o sinal PAM4 possui mais dois sinais de nível para transmissão de sinal. No mesmo período de símbolo, a taxa de bits do sinal PAM4 é duas vezes maior que a do sinal NRZ.

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