Fokin_Kogerentnye_opticheskie_seti_

В модулях QSFP+ используются передатчики, работающие на волнах длиной 850/1300 нм с различной оптической мощностью. В таких модулях устанавливаются оптические сборки типа TOSA-передатчик и ROSA-приемник.

QSFP+ -трансиверы поддерживают работу всех используемых протоколов: STM-256/SDH/ – до 40 Гбит/с; 40 GbE/FC – на скорости до 41,25 Гбит/с.

Для мониторинга в режиме реального времени (on-line мониторинга) используется функция DDM.

Особенности: скорость передачи данных: до 41.25 Гбит/с; дальность пе-

редачи до 10 км; MDIO (Management Data Input/Output) интерфейс с интегри-

рованной функцией цифровой диагностики DDM.

CFP-модули – оптические трансиверы, соответствующие новому промышленному стандарту CFP (C-Form-Factor Pluggable). CFP-модули обеспечивают передачу данных в оптических многомодовых и одномодовых линиях связи на скорости свыше 40 Гбит/с и 100 Гбит/с. CFP модули реализуются в трех разновидностях форм-факторов: CFP, CFP2 и CFP4 (рис. 7.9), которые отличаются габаритами внешне и внутренним исполнением схем передатчиков и приемников.

Рис. 7.9. Варианты исполнения модулей CFP

Модули CFP в электрической части имеют 12 × 10 Гбит/с пар передатчиков Tx и приемников Rx. Модули CFP2 в электрической части имеют 8 × 25 Гбит/с пар передатчиков Tx и приемников Rx. Модули CFP4 в электрической части имеют 4 × 25 Гбит/с пар передатчиков Tx и приемников Rx. Также модули CFP2 могут реконфигурироваться под нагрузку 10 × 10 Гбит/с пар Tx, Rx. В модули интегрирована система MDIO. Пример внутренней структуры модулей CFP2/4 представлен на рис. 7.10 (clock and data recovery – CDR).

261

Рис. 7.10. Структура модулей CFP2/4

В модулях CFP используются группы оптических передатчиков и приемников, настроенные на 4 отдельные оптические волны, например, 1295,1 нм; 1300,1 нм; 1304,6 нм; 1309,1 нм (рис. 7.11). В передатчиках может реализовываться прямая и внешняя модуляция оптического излучения в формате сигналов NRZ. В приемниках применяется прямое детектирование оптического излучения отдельных волн. Такое решение характерно для стандартных интерфейсов Ethernet для коротких линий (до 10 км) 100GE-LR4.

Рис. 7.11. Оптические волны в интерфейсе 100GE-LR4

Практическое исполнение четырех волновых каналов представлено в ROSA (рис. 7.12) и TOSA (рис. 7.13). В структуре многоканальных оптических передатчиков/приемников TOSA и ROSA могут использоваться оптические мультиплексоры не только на основе тонкопленочных оптических фильтров, но и волноводных решеток AWG на основе PLC технологии (рис. 7.14). Волноводные решетки обеспечивают изоляцию каналов не менее 20 дБ при интервале между каналами 100 ГГц или 0,8 нм и более.

262

Рис. 7.12. Структура приемника ROSA для 100 Гбит/с интерфейса

Рис. 7.13. Структура CFP4 с передатчиком TOSA и приемником ROSA

263

Рис. 7.14. Структура 4-х канального ROSA с AWG

Еще одной принципиальной особенностью модулей CFP является возможность реализации сложного кодирования/декодирования на одной волне, например, DPSK, QPSK, DP-QPSK, 16QAM в составе модуля и применения когерентного приема на скоростях 40 и 100 Гбит/с. Такие решения пригодны как для коротких соединительных линий, так и для построения городских магистралей транспортных сетей Ethernet.

7.2. Структура и характеристики транспондеров

Транспондеры когерентных оптических сетей имеют существенно более сложное построение в аппаратной электронной и оптической частях и в алгоритмическом наполнении в сравнении с модулями SFP, XFP и CFP. Достаточно рассмотреть составляющие общей структуры транспондера (рис. 7.15), чтобы убедиться в возможностях модуля преобразования DWDM (О-Э-О), формирования кадров оптической иерархии и размещения нагрузки пользователей (клиентов транспортной сети).

При этом в транспондере обычно задействован один из N клиентских интерфейсов и один из интерфейсов DWDM с подходящим форматом модуляции на передаче и детектирования на приеме. Пример структурного исполнения такого транспондера представлен в [98] и на рис. 7.16.

Кроме того, упрощенная структура транспондера с физическими компонентами была представлена на рис. 5.21, пример исполнения когерентного транспондера Cisco представлен в разделе 4.6.3. В табл. 7.1–7.3 представлены характеристики когерентных транспондеров Cisco, которые пригодны для объяснения возможностей и применения в расчетах оптических сетей.

264

Рис. 7.15. Общая структура компонентов транспондера для когерентной оптической сети

Клиентские сигналы на скорости 100 Гбит/с формируются на физическом уровне коммутатора сети Ethernet и доставляются до транспондера транспортной сети через интерфейсы CFP. И аналогично через CFP к коммутатору Ethernet из транспортной сети. В рассматриваемом примере электронные компоненты FPGA (см. раздел 2.8 и Прил. 1) поддерживают процедуры формирования кадров OPUk/ODUk/OTUk оптической транспортной иерархии (Client FPGA, Line Rx FPGA, Line Tx FPGA), в том числе и коррекцию ошибок FEC. Для связи между отдельными блоками (схемами) используются параллельные оптиче-

ские интерфейсы POD (parallel optical (interface) device). Достаточно подробно функции передатчика (PM-QPSK transmitter) и функции схем приемника (Rx optics, Digitizers, MODEM) уже рассмотрены в главах 4, 5 и усилители EDFA в

гл. 6.

265

Рис. 7.16. Структура транспондера для передачи клиентского сигнала на скорости 100 Гбит/с [98]

Коротко о структуре необходимо отметить следующее:

─в передающей части два параллельных потока на скоростях около 63 Гбит/с, входящие через схемы мультиплексирования MUX FPGA и SERDES, преобразуются в четыре потока кодовых групп QPSK и поступают параллельные оптические модуляторы, через которые проходят импульсы оптического излучения, сформированные от источника непрерывного излучения TLS вспомогательным модулятором;

─импульсы оптического излучения делятся по мощности на два ортогональных канала, в каждом из которых производится модуляция QPSK;

─в приемной части оптические сигналы после усиления смешиваются с оптическим сигналом гетеродина LO и после разделения в оптической гибридной схеме попадают на фотодетекторы;

─аналоговые электрические сигналы после фотодетекторов преобразуются в цифровые схемами АЦП (ADC) и далее устраняются дисперсионные искажения, корректируются фазовые сдвиги и т. д.;

─в схеме модема принимается решение о восстанавливаемых четырех потоках цифровых последовательностей (двоичные 0, 1);

─в клиентском интерфейсе восстанавливается кадр OTU4 с коррекцией ошибок по одному из алгоритмов Рида–Соломона (GFEC, UFEC, HG-FEC).

Три разновидности кодов FEC для систем передачи с DWDM определены международными стандартами ITU-T G.709, G.975, G.975.1. Они имеют различную емкость в кадре OTUk для коррекции ошибок (от 7 % до 25 %), что отражает их исправляющие возможности, допустимую величину OSNR и требуемый скоростной режим передачи (примеры в табл. 7.3).

266

Табл. 7.1. Пример характеристик интерфейсов когерентного транспондера

Табл. 7.2. Пример спецификации DWDM для когерентных транспондеров

Универсальным к применению в 100 Гбит/с системах по рекомендации G.975.1 принято считать код HG-FEC (High-Gain FEC). Особо важно это для оптических сетей с широким использованием мультиплексоров ROADM с полосно-ограниченными оптическими каналами.

267

Табл. 7.3. Примеры детальных характеристик когерентного приемника

Корректирующее кодирование Ultra FEC реализуется сложным решением с использованием ортогонально конкатенированного BCH (Bouse Chaudhuri Hocquenghem) кодека EFEC (Enhanced FEC). Оно позволяет иметь наименьшее OSNR, но за счет увеличения емкости исправляющего поля, повышения скорости передачи в ортогональных каналах с 28 Гбод до 31,241 Гбод и большей задержки при обработке сигнала. Код рекомендован в G.975.1 к применению в протяженных подводных магистралях с DWDM.

Пример характеристик транспондерного модуля Cisco ONS MSTP 15454 на скорость 100 Гбит/с

Модуляция: Coherent Polarized Differential Quadrature Phase-Shift Keying (CP-DQPSK):

перенастраиваемый лазер на 96 каналов 50 ГГц C-band;

символьная скорость Baud rate: 28–32 Гбод.

Программно-настраиваемые алгоритмы FEC, для выбора оптимального соотношения Полоса/Дальность:

7 % OH на базе Standard G.975 ReedSolomon FEC;

20 % OH на базе Standard G.975.1 I.7 EFEC (1xE-2 Pre-FEC BER);

7 % OH используя 3rd Generation EFEC (4.6xE-3 Pre-FEC BER).

Устойчивость к хроматической дисперсии – до 70000 пс/нм, возможностью программной перенастройки до 40000 пс/нм.

Устойчивость к PMD – до 30 пс (100 пс DGD).

Всоединении B2B OSNR – 14,5 дБ.

Чувствительность приемника: +0 дБм – −18 дБм.

268

7.3. Структура и характеристики мукспондеров

Принципиально мукспондеры отличаются от транспондеров только в клиентской и цифровой (мультиплексной) частях, где обеспечивается ввод/вывод цифровых потоков нескольких клиентов с одинаковыми или различными скоростями и протоколами (рис. 7.17, 7.18). При этом клиентские порты (интерфейсы) представляют собой модульные решения SFP, SFP+, XFP, CFP и другие в различном сочетании. Примеры построения интерфейсной панели оборудования стандартного мукспондера представлены на рис. 7.19, 7.20, где представлены модули CFP, XFP и SFP+, линейный и другие интерфейсы.

Рис. 7.17. Структурная схема мультиплексирующего транспондера (мукспондера) когерентного типа

Рис. 7.18. Возможности мультиплексирующего транспондера (мукспондера)

269

Рис. 7.19. Интерфейсная панель когерентного мукспондера MPX91101

Пример вариантов схем мультиплексирования когерентных мукспондеров: 10 × 10 Гбит/с; 1 × 40 Гбит/с + 6 × 10 Гбит/с; 2 × 40 Гбит/с + 2 × 10 Гбит/с.

Пример типов клиентского оборудования когерентных мукспондеров: 10 GbE, 40 GbE, 100 GbE, STM-64, OTU-2/3/4 (модули SFP+, CFP).

Тип линейного протокола (интерфейса) когерентного мукспондера/

транспондера G.709 OTN OTU4 (HG-FEC).

К дополнительным возможностям транспондеров/мукспондеров относятся функции APS (Automatic Protection Switching) для линейного интерфейса, т. е.

применение делителя оптической мощности на передаче на два равнозначных канала и использование автоматического оптического коммутатора на входе приемника для подключения одного из двух исправного канала, встраивание оптических усилителей EDFA, EDRA.

Рис. 7.20. Варианты формирования линейных (транспондерной и мукспондерной) карт в оптическом мультиплексоре TM2000 TRANMODE2

1URL: www.optelian.com (дата обращения: 27.01.2015).

2URL: www.transmode.com (дата обращения: 27.01.2015).

270