Операторам связи придется увеличить емкость передачи данных

Общий объем глобального IP трафика растет. Согласно отчету Data Age к 2025 году он составит 175 ЗБ (Зеттабайт) в год. Перед операторами связи стоит задача комплексной модернизации сети, чтобы удовлетворить потребности непрерывного роста количества передаваемых данных.

Способы увеличения емкости передачи данных

Современные волоконно-оптические линии передачи способны достичь колоссальных значений пропускной способности. В этом помогает аппаратура плотного спектрального уплотнения DWDM. Напомним, что емкость DWDM системы определяется как:

С=N×B (1)

N- количество каналов;

B- канальная скорость.

В системах DWDM наращивание емкости возможно как за счет увеличения количества каналов, так и за счет увеличения скорости каждого канала. Рассмотрим оба варианта.

Увеличение емкости за счет увеличения количества каналов

Частотный план, определенный стандартом ITU-T, позволяет уместить в C-диапазоне до 24 дуплексных каналов при межканальный интервале 100ГГц или до 48 каналов при интервале 50ГГц. Дальнейшее уменьшение межканального интервала приводит к усложнению приемопередающего оборудования. В силу малых геометрических размеров сердцевины волокна критически важен уровень мощности на вводе. Если и дальше увеличивать число каналов, отклик световода станет нелинейным. А нелинейные эффекты ограничивают длину регенерационного участка.

Увеличение емкости за счет увеличения скорости каналов

В силу описанных нами ограничений увеличение канальной скорости становится предпочтительным способом увеличения емкости передачи данных. Поэтому в индустрии встал вопрос о замещении классических 10G DWDM решений, которые не удовлетворяют текущим запросам.

В 2010 году рабочая группа IEEE утвердила международный стандарт 802.3ba, описывающий 40G/100G Ethernet. Если решения 40G DWDM не нашли широкого коммерческого применения, то 100G DWDM решения стали активно применяться в телекоммуникациях. В первую очередь речь идет о когерентных CFP/CFP2 трансиверах. Но относительно недавно начали завоевывать рынок также модули QSFP28 100G DWDM с четырехуровневой амплитудно-импульсной модуляцией (PAM4). Расскажем об опыте команды базис-телеком работы с ними и их преимуществах.

Увеличение скорости каналов с помощью четырехуровневой амплитудно-импульсной модуляция (PAM4)

Преимущества PAM4

PAM4 – эта одна из разновидностей амплитудной модуляции (AM), в которой сигнал может принимать 4 состояния (рис.1.1). В то время как в форматах RZ/NRZ только 2 состояния (рис.1.2). На рисунках представлена одинаковая последовательность битов 01101100 для двух форматов модуляции. При одинаковом периоде следования символов за счет того, что в одном символе кодируется два бита, эффективная скорость передачи будет выше в два раза. Для наглядности на рисунке 1.3. изображен граф переходных состояний двух типов модуляции.

Недостатки PAM4

При очевидном преимуществе PAM4 модуляции при работе с ней специалистам базис-телеком пришлось решать и ряд сложностей. Как видно из рисунков 1.1 и 1.2 амплитуда сигнала при четырехуровневом кодировании составляет всего 0.33 амплитуды при двухуровневом кодировании. Высокая плотность уровней сигнального напряжения приводит к тому, что восприимчивость сигнала к шуму заметно снижается. С учетом всех линейных и нелинейных эффектов это дает потерю OSNR примерно в 10-11дБ. Помимо этого, технологическое исполнение трансивера с PAM4 модуляцией сложнее и требует большего количества вспомогательных элементов, поэтому требования к теплоотводу в таких модулях тоже выше.

Как уменьшить восприимчивость к шуму

Наиболее популярным решением сейчас являются модули QSFP28 100G DWDM PAM4 2λ, работающие на двух длинах волн DWDM (рис.1.4). В них формируются два независимых канала по 50 Гбит/с, сигналы передаются на соседних частотах (рис.1.5). Символьная скорость каждого канала при этом составляет 25Гбод. Это в 2 раза меньше, чем могло бы быть при использовании модуля QSFP28 100G DWDM PAM4 1λ. Сигнал на приемной стороне должен иметь OSNR не ниже 30дБ при мощности 12дБм, допуск по дисперсии должен быть около 100пс/нм. Из недостатков: эти условия ограничивают дальность передачи. И при передаче даже на небольшие расстояния потребуется установка перестраиваемого компенсатора (TDCM) с точной компенсацией накопленной хроматической дисперсии и эрбиевых усилителей (EDFA). Если соблюсти эти требования получим помехоустойчивость сигнала, достаточную для широкого применения в ВОЛП.

PAM4. Резюме

Преимущества

• Эффективная скорость передачи в 2 раза выше, чем при NRZ/RZ кодировании
• Возможность установки модулей в клиентское оборудование без транспондеров
• Комплексная стоимость решения ниже, чем при использовании когерентных модулей
• Возможность реализации одноволоконной схемы

Недостатки

• Высокие требования к OSNR
• Необходимость высокоточной компенсации хроматической дисперсии
• Высокие требования по теплоотводу