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Aug 15, 2023

Erreichen von 100 Gbit/s mit O

Die Migration auf 400 Gbit/s und 800 Gbit/s ist derzeit eines der heißesten Themen in der Telekommunikation. Allerdings nutzen die meisten Betreiber immer noch weitgehend die 10-Gbit/s- oder 25-Gbit/s-Technologie, insbesondere im Zugangsbereich

Die Migration auf 400 Gbit/s und 800 Gbit/s ist derzeit eines der heißesten Themen in der Telekommunikation. Allerdings nutzen die meisten Betreiber immer noch weitgehend die 10-Gbit/s- oder 25-Gbit/s-Technologie, insbesondere bei Zugangsnetzen und LTE/5G-Basisstations-Uplinks. Um sicherzustellen, dass die Netzwerke auf die nächste Übertragungswelle vorbereitet sind, müssen Betreiber Wellenmultiplexsysteme aufbauen, die eine Migration der Verbindungen auf 100 Gbit/s ermöglichen.

Hier erklären zwei Telekommunikationsnetzwerkspezialisten von Salumanus, mit welchen Geräten man N × 100 Gb/s Ethernet in der Stadt betreiben oder Zugangsinfrastruktur mittels O-Band-Übertragung nutzen kann.

100-Gb-Ethernet-Übertragungen werden in Anwendungen wie 5G-Netzwerken und Rechenzentren immer beliebter. Eine Möglichkeit, sicherzustellen, dass Betreiber erfolgreich auf 100-Gb-Ethernet migrieren können, ist die Verwendung der O-Band-Übertragung. Das O-Band oder Originalband war aufgrund seiner Null-chromatischen Dispersion das Hauptband, das in der Telekommunikation verwendet wurde. Mit seiner Spektrumsbreite zwischen 1260 nm und 1360 nm war das O-Band die Grundlage für die Entwicklung von Lasern und Detektoren.

Im Laufe der Zeit wurde das C-Band aufgrund der hohen Dämpfungsrate des O-Bands bei Langstreckenanwendungen zur bevorzugten Wahl für Betreiber. Allerdings erzwangen die steigenden Bitraten weitere Änderungen. Die 100G-Übertragung im C-Band könnte bei NRZ/PAM4-Modulation nur für Entfernungen von 2–3 Kilometern (km) funktionieren. Um die Daten weiter zu senden, müssen Betreiber die chromatische Dispersion kompensieren oder teurere kohärente Optiken verwenden.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, 100-Gbit/s-Verbindungen zu betreiben. Die konventionellste 100-Gbit/s-Übertragungslösung ist die Verwendung grauer LR4- oder ER4-Module. Die Einschränkung dieser Technologie liegt in der Anzahl der parallelen Übertragungen, die ausgeführt werden können. Wir können maximal eine 100-Gbit/s-Übertragung über eine Glasfaser durchführen.

Die zweite Option besteht darin, N x 100 Gbit/s mit einem DWDM-System zu betreiben, das auf Transceivern basiert, die PAM4-Technologie nutzen. Aufgrund der Funktionsweise der Module erfordert die DWDM-Lösung neben Multiplexern auch den Einsatz von Kompensatoren für die chromatische Dispersion und optischen Verstärkern, was den Kapitalaufwand (CAPEX) effektiv erhöht.

Die dritte Methode ist die Verwendung kohärenter Modulation, die es uns ermöglicht, Verbindungen zu implementieren, ohne Kompensatoren verwenden zu müssen. Aufgrund des Stromverbrauchs derzeit verfügbarer kohärenter Module erfordert diese Lösung den Einsatz einer klassischen Architektur mit Transpondern, da 100-G-Kohärenzmodule als CFP/CFP2-Schnittstellen ausgeführt sind.

GBC Photonics bietet eine weitere Lösung, die es Betreibern ermöglicht, N x 100 Gbit/s zu betreiben. Diese Lösung basiert auf einem 200-GHz-Netz im O-Band und ermöglicht Benutzern das Arbeiten in bis zu 30 km Entfernung. Operationen im O-Band ermöglichen die Eliminierung von Kompensatoren für die chromatische Dispersion. Gemäß dem Diagramm der chromatischen Dispersion (Abbildung 1) ist die Dispersion für die beliebteste Faser (G.652) bei etwa 1300 nm nahezu gleich 0. Durch den Einsatz eines 200-GHz-Netzes können wir bis zu 16 unabhängige Übertragungskanäle schaffen.

Einer der größten Vorteile von O-Band-Lösungen ist die Verwendung von PAM4 und Direct Detect-Modulation, die den Einsatz von GBC Photonics-Modulen für die Übertragung auf einer und zwei Fasern ermöglicht. Zur Implementierung der korrekten PAM4-Modulation wurde der patentierte nCP4™-Prozessor verwendet, der auf der PH18 Silicon Photonics Tower Semiconductor-Plattform basiert. Mit dem nCP4™-Prozessor können Betreiber N elektrische Leitungen mit einem 56-Baud-Stream in N optische Leitungen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 800 Gbit/s umwandeln. Die Integration mehrerer optoelektronischer Elemente bietet bessere Parameter im Vergleich zum herkömmlichen Bonden diskreter Elemente.

Die PH18 Silicon Photonics Tower Semiconductor-Lösung ist ein paralleler Technologieentwicklungstrend, der auf die Indiumphosphid-Technologie ausgerichtet ist. Zusätzlich wurde durch den Einsatz der APD-Empfangsdiode eine Verbesserung der Empfangsempfindlichkeit erreicht. Der Hauptvorteil der Kombination von PAM4 und Direct-Detect-Modulation liegt daher in der Möglichkeit, Module sowohl in Einzel- als auch in Doppelfaseranwendungen zu implementieren.

Um mehrere Übertragungen auf demselben Glasfaserpaar durchzuführen, müssen Netzbetreiber Multiplexer einsetzen. Bei Verwendung des O-Bandes ändert sich in diesem Fall nur der Abstand zwischen den Kanälen und deren Anzahl.

Mit O-Band-Multiplexern von GBC Photonics können Betreiber 16 Kanäle mit einem Kanalabstand von 200 GHz betreiben. Jeder Port trägt einen spezifischen Kanal, dessen Breite ± 0,12 nm von der zentralen Wellenlänge beträgt. GBC Photonics hat auch eine etwas günstigere 8-Kanal-Version entwickelt. Es werden die gleichen Module verwendet, während der Multiplexer selbst über die halbe Anzahl an Kanälen mit einem Abstand von 400 GHz verfügt, was die Kosten senkt.

Die Multiplexer selbst sind zu 100 Prozent passive Geräte und benötigen weder Strom noch Softwareverbindungen. Durch die Verbindung zweier Multiplexer erreichen wir dank einer speziellen Filterkaskade auf jedem Kanal die gleiche Dämpfung, die etwa 4 dB beträgt. Bei O-Band-WDM-Technologien ist diese Dämpfung der wichtigste Parameter, da sie die Entfernung begrenzt, über die wir die Übertragung durchführen können.

Jedes optische Modul verfügt über ein eigenes Leistungsbudget, das sich aus der Differenz zwischen der Leistung des gesendeten Signals und der Empfindlichkeit der Empfangsdiode ergibt. Die O-Band-Module haben ein Leistungsbudget von 15 dB. Daraus können wir errechnen, dass das Modul selbst Leistungen bis zu 30 km erbringen kann. Beim Aufbau eines Wellenvervielfachungssystems müssen wir jedoch bei den Berechnungen die Dämpfung aller passiven Elemente wie der Glasfaserleitung und der Multiplexer berücksichtigen. In diesem Fall können wir Leistungen in einer Entfernung von bis zu 25 km durchführen.

Wellenlängenmultiplexsysteme können Übertragungen unter Verwendung einer oder mehrerer Glasfaserverbindungskantenpositionen realisieren. Das Duplexsystem nutzt zum Senden und Empfangen die gleiche Wellenlänge, die über unterschiedliche Fasern übertragen wird. Bei der Implementierung eines solchen Systems mit einer Glasfaser verwenden wir jedoch zwei unterschiedliche Wellenlängen, eine zum Senden und eine zum Empfangen. Auf diese Weise wird die Anzahl der Dienste, die wir ausführen können, um die Hälfte reduziert.

Dank der O-Band-Technologie können wir die Leistungsfähigkeit eines Glasfaserpaares erhöhen, indem wir darauf bis zu 16 x 100 GbE betreiben. Dieses System auf ihnen. Dieses System kann Dienste bis zu 25 km bereitstellen. Die gesamte Lösung ist vollständig passiv und erfordert keine Kompensatoren für die chromatische Dispersion. Optische Module können auch direkt in Netzwerkgeräte wie Router oder Switches eingebaut werden.

Im Vergleich zu DWDM-Lösungen entfallen 10–20-W-Verstärker und ein 40–150-W-Chassis auf jeder Seite der Übertragungsleitung. Darüber hinaus entfällt im Vergleich zur kohärenten Technologie die Notwendigkeit, Transponder/Muxponder und graue Optiken zur Herstellung von Verbindungen zwischen Netzwerkgeräten zu verwenden. Durch ein solches Verfahren können Betreiber den Stromverbrauch um bis zu 80 Prozent senken.

O-Band-Lösungen bieten eine einfache und kostengünstige Methode für die Migration auf 100 Gbit/s und sind für den Zugang und das Uplink-Netzwerk mobiler Basisstationen vorgesehen. Durch den Einsatz von O-Band-basierten Multiplexern und Modulen können Betreiber Entfernungen von bis zu 30 km zurücklegen und gleichzeitig ihre erforderliche passive Infrastruktur aufrechterhalten, um die Verwaltung zu vereinfachen und den Energieverbrauch zu senken.

Dieser Artikel wurde von Jakub Kolasiak und Michal Owca, Produktmanagern für die Abteilungen Übertragungssysteme und optische Transceiver bei Salumanus, verfasst. Weitere Informationen finden Sie hier.

Dieser Artikel erschien erstmals in der Januarausgabe 2023 des Photonics & Imaging Technology Magazine.

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