设备 | 诺基亚光传输专家认为800G波长的真实性能存疑

ICC讯 （编译：Aiur）诺基亚光传输专家Randy Eisenach认为，随着光网络供应商宣布支持更高容量波长的第五代相干 DSP 芯片，与高度控制和优化的现场试验或实验室结果相反，WDM网络 800G 波长的真实性能存疑。在标准的单模光纤上，运营商期望多数WDM应用能实现100-220km传输距离。

尽管远不及某些抢占 800G 头条的风头，但通过简要归纳影响光传输范围性能的因素，可以比较容易地解释这些差异。

第五代相干 DSP 展现了重大的技术成就，将波长容量推向香浓理论极限。但是，真实效益可能不是因 800G 波长产生，而是在地区到海底的距离上实现400G向600G波长升级。

容量和距离的权衡

相干光学中，调制用于将数字1和0编码为以波特率或符号率传输的符号。高阶调制(例如32QAM或64QAM)可以为每个符号编码更多的比特，但是与低程度的调制(例如QPSK或8QAM)相比，其权衡的光传输距离会更短。高阶调制会使用更多的星座点，星座点之间的距离更近，使接收机对光信噪比(OSNR)的要求更高(图1)。对于32QAM和64QAM调制，更高OSNR要求又会使波长的光传输距离更短。

图1 | QPSK和64QAM调制

由于相干光学在容量与光传输距离之间进行了平衡，大容量600G- 800G 波长因为依赖高阶调制，会被限制在短距离应用中。而长途骨干(LH)、超长途(ULH)和海底网络应用仅限于较低容量200G–400G波长，它们可以使用低阶调制格式。

不过，第十五代 DSP 芯片带来的一个关键优势便是可支持90 Gbaud和更高的传输。高波特率使400G-600G波长可以基于低阶调制格式，适用于LH、ULH和海底网络应用。与之不幸的是， 800G 波长仍然需要使用32QAM和64QAM调制，这就限制了其传输距离。

800G：真实性能

在典型网络中，调制格式并不是限制更高容量波长的唯一因素。光纤类型、光纤衰减规范和跨距(损耗)在定义传输距离时也会起着主要作用。

所有供应商都使用相同光学原理和本质相同的基础核心技术，使基于最新技术的多数现代相干光学均沿相似容量与性能曲线运行。因此，尽管厂商非常努力让产品性能脱颖而出，但无论选择哪家供应商，网络运营商都可以期望在实际网络上看到典型100-220 km的 800G 波长传输范围。

但这并不意味着供应商不会在有机会的情况下提高性能。伴随着运营商的合作意愿，我们如何在合适的网络上进行更大范围的试验? 有两种常见的策略。

首先，在实际的WDM网络上，接收机通常会结合2到+3 dB的备用余量，以适应器件老化(10-15年)、温度变化、组件方差、偏振相关损耗(PDL)和偏振模式色散(PMD)和非线性损伤。备用余量是确保WDM网络在周期内正常运行的必要条件。

与理想情况相比，在WDM设计中包含这样的备用余量通常会使真实网络的实际运行距离减少40%-50%。因此，希望在试验中扩大距离的供应商可能会在没有这些余量的情况下运营。供应商还可以在测试波长的任一侧添加保护带，以减少或消除相邻通道的非线性损失，从而提高性能。

同时，如上所述，光纤类型、衰减和跨损在定义最大光学距离上起着巨大作用。这就是为什么现代海底网络将特殊的超低损耗(ULL)光纤(<01.7 dB / km)与具有良好噪声系数和一致、较短跨距的直插式放大器(中继器)结合使用以将传输范围扩大到跨洋长度。

供应商第二种策略是找到一个使用低损耗(LL)或ULL光纤的网络，该类型光纤的性能大大超过标准的单模光纤(例如SMF-28)，后者通常损耗为0.22–0.25 dB/km。从技术上讲，一些优质LL/ULL光纤尽管是制造商标准单模产品组合的一部分，但其性能并不是标准的，甚至在大多数地面网络也不常使用。

基于两种策略中的任一种，一个或多个 800G 波长的传输距离都会比工业界普遍认为的实际场景长。若两者同时使用，供应商可能会实现更长的传输距离。因此，随着网络运营商评估多家供应商的 800G 性能公告，运营商应把每个方案结果与实际网络基础架构的组成和运营进行比较。

400ZR对800G波长的影响

与此同时， 400ZR 光器件的推出对城域边缘和数据中心互连(DCI)应用的大容量网络规划产生了影响。新的 400ZR 标准定义了一个互通、可插拔400G相干模块，适用于120 km传输距离，该模块内部集成 DSP 芯片。光模块集成相干 DSP 一直是行业发展目标，直到低功耗7nm CMOS技术的出现才变得可行。 400ZR 的小尺寸、低成本、低功耗和可插拔的外形使其成为短距离、大容量传输的优先选择。

图2 | 400ZR QSFP-DD模块(来源：Lightwave)

引入 400ZR 光器件可能会减少对 800G 光器件的迫切需求，因为两者的接口都面向相同的短距离场景。新型 400ZR 光模块预期具有广泛的适应性，因为它们具有以下优势：成本更低、功率更低、尺寸更小、可插拔形式以及互操作性，它们可以在相同部署中与 800G 接口直接竞争。

把光带到极限

在任何给定的距离范围内，通信信道的传输信息量存在上限。1949年，诺基亚贝尔实验室的克劳德·香农(Claude Shannon)著名的论文《通信的数学理论》中定义了这一理论极限。尽管供应商喜欢区分其产品和性能，但现代相干光接口实质是基于相似的基础核心技术。因此，第五代 DSP 芯片的优势不在于可以支持 800G 波长，而是可以支持更高的波特率(超过90Gbaud)，使在区域、LH、ULH和海底网络应用的400G波长变得可行。对于短距离(<120 km)应用，由于其体积小、功耗低、成本低和互操作性，预计 400ZR /ZR+光器件会成为这一场景的主导选择。

特殊ULL光纤或短距离场景会存在一些 800G 波长应用，但 400ZR 光器件会在短距离、大容量应用中强力竞争。对于运营商而言，重要的是了解在规划网络演进时，使用大容量波长可以预期达到的实际性能。

关于作者Randy Eisenach

Randy Eisenach是诺基亚WDM和高速光学产品管理团队的成员。他专门研究光学传输技术、下一代ROADM体系结构和高速光子学。Randy拥有30多年的光传输网络经验，在系统工程、产品管理和产品营销等方面担任过各种高级职位。他发表过多篇论文，并多次在行业会议上发表演讲。Randy拥有普渡大学电子工程学士学位(BSEE 1983)。

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