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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)的單模光纖上，運營商期望多數(shù)WDM應(yīng)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(fēng)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(xué)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(xué)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(yīng)用中。而長途骨干(LH)、超長途(ULH)和海底網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(yīng)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(yīng)商都使用相同光學(xué)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(xué)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)商可能會在沒有這些余量的情況下運營。供應(yīng)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?fù)ǖ赖姆蔷€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(xué)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)單模產(chǎn)品組合的一部分，但其性能并不是標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(yīng)商的800G性能公告，運營商應(yīng)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(yīng)用的大容量網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃產(chǎn)生了影響。新的400ZR標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)，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(yù)期具有廣泛的適應(yīng)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(xué)理論》中定義了這一理論極限。盡管供應(yīng)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(yīng)用的400G波長變得可行。對于短距離(<120 km)應(yīng)用，由于其體積小、功耗低、成本低和互操作性，預(yù)計400ZR/ZR+光器件會成為這一場景的主導(dǎo)選擇。

  特殊ULL光纖或短距離場景會存在一些800G波長應(yīng)用，但400ZR光器件會在短距離、大容量應(yīng)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(yù)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(xué)產(chǎn)品管理團隊的成員。他專門研究光學(xué)傳輸技術(shù)、下一代ROADM體系結(jié)構(gòu)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(tǒng)工程、產(chǎn)品管理和產(chǎn)品營銷等方面擔(dān)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(xué)電子工程學(xué)士學(xué)位(BSEE 1983)。