Évaluation performance signalisation optique directe-modulée 800 Gbps

Systèmes communications optiques : vers 800 Gbps

Les systèmes de communications optiques ont été un facteur clé pour le déploiement de notre infrastructure informationnelle. De nombreux centres de données stockant et transmettant l'information ont des kilomètres de fibre et des milliers d'émetteurs/récepteurs laser-photodétecteur pour envoyer/recevoir information à travers la fibre. Il y a une pression commerciale incessante pour augmenter capacité et le processus pour développer nouveaux systèmes opérant à débits plus élevés continue. Ce n'est pas simplement concevoir systèmes déplaçant plus d'information. Le coût de ces systèmes doit baisser. Centres de données parfois décrits en acres et mégawatts, indiquant puissance requise énorme. Forte motivation pour opérer à capacités plus hautes en utilisant moins d'énergie.

Architecture système et interopérabilité

Système communications optiques basique : émetteur laser convertissant données électriques en lumière modulée, fibre optique, photodiode récepteur convertissant lumière modulée en signal électrique. Concevoir système compliqué par fait qu'en environnement centre données, rarement exigence que liaison optique soit fabriquée par un seul fournisseur. Émetteur, fibre, récepteur probablement produits par trois entreprises différentes. Ce concept, interopérabilité, donne flexibilité au designer centre données, facilite concurrence fournisseurs menant plus innovation et coûts moindres. Inconvénient : conception système et spécification composants plus complexe.

Organisme normes comme IEEE 802.3 offre forum public définir systèmes communications. Réunions ouvertes à tous, fréquentées par designers centres données, fabricants équipements réseau, transceivers, fibre. Puisque standard définira performance et comment vérifiée, entreprises test/mesure participent aussi. Sorties essentielles groupe normes : ensemble spécifications émetteurs et ensemble spécifications récepteurs. Les deux ensembles existent pour promouvoir interopérabilité. Récemment, groupe travail IEEE 802.3cu a publié document brouillon 100Gbps par longueur d'onde, qui sera spécification clé pour futurs interconnects fibre.

Spécifications émetteurs et récepteurs

Spécifications commencent typiquement par récepteur, où limites force signal déterminent fiabilité conversion signal optique en données électriques par photodétecteur. Si niveau signal tombe sous sensibilité recommandée, récepteur fait trop d'erreurs, typiquement erreurs bits. Ce seuil = limite sensibilité récepteur.

Généralement objectif distance signal doit parcourir, peut-être 100m ou 40km. Atténuation fibre bien connue, donc travaillant à rebours depuis récepteur, comptant perte attendue fibre, définit niveau puissance signal minimum émetteur doit produire. En réalité, plus compliqué : variété mécanismes peuvent causer erreurs bits au-delà simple puissance sous limite sensibilité.

Perspective récepteur : deux lasers même niveau puissance peuvent générer signaux très différents. Systèmes état-de-l-art aujourd'hui opèrent >50GBaud (PAM4). Lumière doit s'allumer/éteindre émetteur jusqu'à 50 milliards fois/seconde. Récepteur doit détecter lumière allumée/éteinte, émetteur qualité inférieure peut être lent. Laser peut générer signal instable quand récepteur prend décision. Qualité signal laser doit rencontrer niveau minimum. Similairement, on ne peut attendre émetteurs parfaits, donc récepteurs besoin tolérance signaux entrée non-idéaux. Cela mène exigences importantes émetteurs/récepteurs :

Évaluation émetteur optique

• Amplitude Modulation Optique (OMA) : différence niveaux logiques émetteur.
• Bruit intensité relatif (RIN) : mesure bruit généré émetteur.
• Dispersion émetteur et fermeture œil : TDEC ou TDECQ (modulation PAM4) mesure statistique qualité signal, indiquant probabilité signal générera erreurs récepteur (Figure 1).
• Sur/Sous-oscillation : nouvelles métriques récemment définies IEEE 802.3cu protéger récepteurs transitoires sévères signal entrée.

Signaux altérés récepteur optique

Sensibilité récepteur stressée (SRS) : ratio erreur bits ou ratio perte trames attendu sous niveau attendu quand signal entrant récepteur est pire cas signal attendu émetteur (et canal).

Instruments test développés offrant altérations optiques grade instrument (cibles TDECQ, ER, OMA spécifiques) pour test récepteur stressé. Figure 2 illustre signal SRS optique typique généré pour test.

Émetteurs généralement testés analyseur communications numériques spécialisé oscilloscope. Ces instruments ont récepteurs référence optiques intégrés et firmware exécutant mesures requises standards. Similairement, récepteurs, systèmes test SRS (Figure 3), incluant signal « altéré » étalonné et testeur ratio erreur bits (BERT), disponibles vérifier conformité standards.

Performance liaison 100Gbps — électrique ou optique — opèrent taux erreurs bits natifs plus hauts que homologues 25 ou 50Gbps. Interfaces 100Gbps actuelles opèrent taux erreurs natifs jusqu'à 2E-4 BER et comptent sur techniques correction d'erreur avant Reed-Solomon moderne (RS-FEC) corriger erreurs bits aléatoires/isolées naturellement survenant transmission.

Encodage correction avant : processus commençant données sous-couche Codage Physique (PCS) avant transition vers Attachement Média Physique (PMA). Interface PCS/PMA gère codage erreur, entrelacement, brouillage, contributions alignement. Ce système encodage PCS/PMA pose défis analyse taux erreur car processus observation cause racine erreur bit physique maintenant obscurci sous quantité considérable circuitry correction erreur entrelacement numérique. Désir examiner erreurs physiques transmission optique menant trames données irrécupérables = processus complexe, que fournisseurs instrumentation test font avancer activement aujourd'hui. Outils spécialisés comme BERT couche1 et systèmes analyse multiport KP4 FEC jouent partie intégrante tolérance récepteur et outils debug FEC-aware général (Figure 4).

L'écart PCS/PMA entre signal optique corrigé FEC et sa transmission physique brute réelle peut être comblé avec système test récepteur 400G FEC-aware Keysight, analysant flux données encodés FEC et pouvant diriger oscilloscope pour localiser (déclencher sur) interface optique physique aux emplacements où erreurs se produisent et offre designers système outil pour première fois connectant analyse erreur post-FEC avec analyse et visualisation transmission physique côte à côte.

Résumé

Actuellement, plus haute capacité systèmes communications données modulation directe opèrent 400Gbps. Ces systèmes ont multiples voies 100Gbps, soit quatre émetteurs et quatre fibres, soit quatre émetteurs longueur d'onde et fibre unique. Première génération liens 800Gbps sera 2× systèmes 400Gbps scale-up via connecteurs densité supérieure QSFP-DD et OSFP. Dans ce scénario, juste plus voies 100Gbps agrégées 800Gbps, spécifications et méthodes test resteront similaires 400Gbps. Liens 800Gbps natifs ×4 voies dépendront avancées specs électriques/optiques en cours. Cette prochaine classe vitesse 800Gbps avancera probablement vers 200Gbps natif par voie vitesse électriquement/optiquement tout en adhérant forts besoins marché réduire consommation énergie globale et coût.

Quand transmission 200Gbps voie unique atteinte, méthodes test et techniques 100Gbps probablement hautement exploitées, cependant champ 200Gbps emploiera probablement avancées méthodes modulation focus efficacité transmission accrue et gestion goulets étranglement bande passante connus = points pression clés industrie. Partenaires mesure Keysight contributeurs intégraux efforts normes pointe pour assurer solutions test effectives continuent disponibles technologies évoluent vers 800Gbps et 1,6Tbps architectures centres données prochaine génération.

Cet article a été rédigé par Greg D. Le Cheminant, Spécialiste Applications Mesure, Analyse Communications Numériques, Solutions Infrastructure Internet ; et John Calvin, Planificateur Stratégique et Responsable Technologie Datacom, Solutions IP Wireline ; Keysight Technologies (Santa Rosa, CA). Pour plus d'informations, visitez le site web.