tuntemus

Mitä ovat koherenttioptiikka?

Koherentti optiikkaon valokuitutekniikka, joka koodaa dataa hyödyntämällä useita valoaallon -amplitudin, vaiheen ja polarisaation-ominaisuuksia sen sijaan, että vain kytkettäisiin valoa päälle ja pois. Ayhtenäinen optinen viestintäjärjestelmä yhdistää edistyneen modulaation lähettimessä erikoistuneeseen vastaanottimeen, joka käyttää omaa laseria dekoodaamaan saapuvan signaalin koko informaatiosisällön. Perinteisiin menetelmiin verrattuna koherentti optinen lähetys lisää merkittävästi sekä kapasiteettia että kattavuutta, minkä vuoksi käytännössä kaikki nopeat-pitkän matkan{2}}kuitulinkit ovat nykyään koherentin tekniikan varassa. Se, miten yksi lasikuitujuoste kuljettaa teratavuja dataa valtamerten yli tai palvelinkeskusten välillä-se on koherenttia optiikkaa. Tämä opas selittää, kuinka tekniikka toimii, mikä tekee siitä "yhtenäisen", missä sitä käytetään ja mihin se on menossa.

Koherentin optiikan todellinen merkitys

Sana "koherentti" viittaa siihen, miten vastaanotin havaitsee optisen signaalin-ja juuri tämä erottaakoherentti optiikkakaikista aiemmista optisista teknologioista.

Perinteiset kuitujärjestelmät käyttävät suoraa ilmaisua (tunnetaan yleisesti nimellä intensity-modulated direct detection tai IM-DD). Vastaanottopäässä oleva valodetektori yksinkertaisesti mittaa tulevan valon kirkkautta: kirkas tarkoittaa 1:tä, tumma tarkoittaa 0:a. Vaikka tämä menetelmä on yksinkertainen, se hylkää suurimman osan tiedoista, joita valoaalto voi kuljettaa-erityisesti vaiheensa ja polarisaationsa.

Koherentissa järjestelmässä vastaanotin sisältää laserin, jota kutsutaan paikallisoskillaattoriksi-akoherentti valonlähdejoka tuottaa referenssiaallon ja sekoittaa sen tulevaan signaaliin. Koska molemmat aallot tuottavatkoherentti valo-eli niillä on vakaa, ennustettava suhde taajuuden ja vaiheen suhteen-heidän häiriökuvio paljastaa signaalin kirkkauden, mutta myös sen tarkan vaiheen ja polarisaatiotilan. Vastaanotin palauttaa täyden optisen kentän ja vapauttaa tietoja, joihin suora tunnistus ei yksinkertaisesti pääse käsiksi.

Tämä on perustavanlaatuinen etu. Kaikki muut koherentin optiikan edut-suurempi kapasiteetti, pidempi kattavuus, yksinkertaisempi verkkosuunnittelu-kutsuvat tästä kyvystä lukea kaikki valoaaltoon koodatut tiedot.

Näin koherentti optinen järjestelmä toimii

Lähetin: Koherentti modulaatio toiminnassa

Lähettimessä viritettävä laser tuottaa kapean, vakaan valonsäteen tietyllä aallonpituudella. Sitten modulaattori suorittaayhtenäinen modulaatiotulostamalla dataa tähän säteeseen ja käsittelemällä kolmea ominaisuutta samanaikaisesti:

Amplitudi- aallon intensiteetti voidaan asettaa useille tasoille, ei vain päälle/pois.

Vaihe- ajoituskohta aaltojakson sisällä siirretään määritettyihin kulmiin (kuten 0 astetta, 90 astetta, 180 astetta, 270 astetta), joista jokainen edustaa erilaista datakuviota.

Polarisaatio- valo on jaettu kahteen kohtisuoraan suuntaan (vaaka- ja pystysuoraan), joista kumpikin kuljettaa itsenäisen tietovirran. Tämäkoherentti optinen polarisaatiotekniikka, jota kutsutaan polarisaatiokanavointiksi, kaksinkertaistaa yhden aallonpituuden kapasiteetin.

Amplitudin, vaiheen ja polarisaatiokoodauksen yhdistelmä mahdollistaa yhden pulssin -symboliksi kutsutun- useiden databittien kuljettamisen kerralla, mikä ylittää huomattavasti yhden bitin symbolia kohden, joka on saavutettavissa päälle-pois-avainnuksella.

Vastaanotin: Koherentti optinen tunnistus ja digitaalinen palautus

kuidun toisessa päässä,yhtenäinen havaitseminentapahtuu: koherentti vastaanotin sekoittaa saapuvankoherentti signaalipaikallisoskillaattorilaserilla. Tämä häiriöprosessi tuottaa sähköisiä signaaleja, jotka säilyttävät lähettimen amplitudi-, vaihe- ja polarisaatiotiedot. Nopea-analoginen-digitaalimuunnin ottaa näytteitä näistä signaaleista, jayhtenäinen digitaalinensignaaliprosessori (DSP) käsittelee myöhemmän käsittelyn.

DSP suorittaa useita kriittisiä toimintoja. Se erottaa kaksi polarisaatiokanavaa. Se seuraa ja kompensoi kromaattista hajoamista-ilmiötä, jossa valon eri aallonpituudet kulkevat hieman eri nopeuksilla kuidun läpi aiheuttaen pulssien leviämisen etäisyyden yli. Se myös korjaa polarisaatiomoodin hajoamista ja muita kuituvaurioita reaaliajassa, matemaattisesti, ilman fyysistä kompensointilaitteistoa linkissä.

DSP:n rinnalla toimivat Forward error correction (FEC) -algoritmit upottavat signaaliin redundanttia dataa, jotta vastaanotin voi havaita ja korjata virheet ilman uudelleenlähetystä. Edistyksellinen pehmeä{1}}päätös FEC nostaa koherenttien järjestelmien melunsietokyvyn paljon pidemmälle kuin aiemmat tekniikat pystyivät saavuttamaan.

Nettovaikutus verkko-operaattoreille: uudet kuitureitit voidaan aktivoida ilman manuaalista hajautuskompensointia jokaiselle linkille. Fyysiset laitteet vähenevät, verkon suunnittelu yksinkertaistuu ja käyttökustannukset laskevat.

Kuinka koherenttioptiikka tuottaa enemmän tietoa

Kapasiteetin etuyhtenäinen optinen viestintäriippuu siitä, kuinka monta bittiä kukin symboli kuljettaa ja kuinka tehokkaasti käytettävissä olevaa optista spektriä käytetään.

Perinteisessä on{0}}off-näppäimessä (OKK) jokaisessa symbolissa on täsmälleen yksi bitti. Ensimmäinen laajalti käytetty koherenttimuotoinen-kaksois-polarisaatio, kvadratuurivaiheinen vaihesiirtoavainnus (DP-QPSK)-koodaa neljä bittiä symbolia kohden, mikä on nelinkertainen lisäys samaan siirtonopeuteen verrattuna. Korkeammat-muodot vievät eteenpäin: 16QAM kuljettaa 8 bittiä symbolia kohden ja 64QAM 12. Kompromissi on, että tiheämmät muodot vaativat puhtaamman signaalin (korkeamman optisen signaalin -kohinasuhteen) ja toimivat lyhyemmillä etäisyyksillä, joten operaattorit valitsevat muodon, joka vastaa parhaiten kullekin linkin pituudelle.

Spektritehokkuus

Spektritehokkuus-käytettävän datan määrä optista spektriyksikköä kohti-on toinen keskeinen mittari. Varhaiset 10G:n suoran-tunnistusjärjestelmät saavuttivat noin 0,2 bittiä sekunnissa hertsiä kohti. Nykyaikaiset koherentit järjestelmät ylittävät rutiininomaisesti 5–6 b/s/Hz, mikä tarkoittaa, että sama kuitu- ja vahvistininfrastruktuuri voi kuljettaa 25–30 kertaa enemmän dataa. DWDM-järjestelmässä, jossa on vähintään 80 kanavaa, yksi kuitupari voi saavuttaa kymmeniä terabittejä sekunnissa kokonaiskapasiteetista.

Koherentit optiset moduulit: mitä niiden sisällä on

A koherentti optinen lähetin-vastaanotinon itsenäinen{0}}moduuli, joka liitetään verkkokytkimeen tai reitittimeen. Toisella puolella on optinen liitäntä, joka yhdistää kuituun; toisessa on sähköinen liitäntä, joka kytkeytyy isäntäjärjestelmän tietotasoon. Sisällä tärkeimmät komponentit sisältävät viritettävän laserin, optisen modulaattorin, koherentin vastaanottimen paikallisoskillaattorilla ja DSP-sirun, joka käsittelee modulaation, demoduloinnin, heikentymisen kompensoinnin ja FEC:n.

Viimeisen vuosikymmenen aikana näitä komponentteja on jatkuvasti pienennetty asteittain pienemmiksijohdonmukainen kytkettävämuototekijöitä. Varhaiset koherentit linjakortit valtasivat kokonaisia ​​rungon paikkoja. Tämän päivänkoherentit lähetin-vastaanottimetKäytä vakioliitäntöjä, kuten QSFP-DD ja OSFP-, joka on tarpeeksi kompakti liittääksesi ne suoraan reitittimen etupaneeleihin suurella porttitiheydellä. Esimerkiksi yksi koherentti QSFP-DD-moduuli tarjoaa jopa 400 Gt:n suoritustehon yhdellä aallonpituudella. Seuraavan-sukupolven OSFP-moduulit kohdistavat 800G:n ja sitä pidemmät versiot.

Standardointi on ollut olennaista tälle kehitykselle. Optical Internetworking Forum (OIF) määrittelee yhteentoimivuussopimukset koherenteille kytkettäville moduuleille, kun taas IEEE 802.3ct -standardi määrittelee, kuinka 400G koherentit aallonpituudet liittyvät Ethernetiin. Nämä standardit antavat operaattoreille mahdollisuuden yhdistää eri valmistajien moduuleja samassa verkossa.

Koherentin optiikan sovellukset

Tietokeskuksen liitäntä

Hyperscale-pilvi- ja tekoälyoperaattorit yhdistävät datakeskuksensa muutaman kilometrin ja yli 120 kilometrin etäisyyksille. Standardoitu 400G ZR/ZR+johdonmukainen kytkettävämoduulit sopivat suoraan reitittimen portteihin, mikä eliminoi erillisten optisten siirtoalustojen tarpeen ja yksinkertaistaa sekä laajamittaista -käyttöönottoa että toimintaa.

Televiestintäverkko: Metrosta kaukomatkaan{0}}

Kuljettajat luottavatyhtenäinen optinen viestintäjokaisen tason{0}}metroyhteydet keskustoimistojen välillä, satojen kilometrien pituisia alueellisia yhteyksiä ja mannertenvälisiä pitkiä{1}}reittejä. Koska 5G-verkon tiivistyminen lisää backhaul-kaistanleveyden kysyntää, kompaktikoherentit lähetin-vastaanottimetovat myös löytämässä tiensä solu{0}}sivustojen kokoamiseen.

Sukellusveneen kaapelit

Mannertenvälinen data kulkee merenalaisten kuitujärjestelmien läpi, jotka vaativat äärimmäistä ulottuvuutta, maksimikapasiteettia kuituparia kohti ja suurta luotettavuutta ympäristössä, jossa korjaukset ovat poikkeuksellisen kalliita{0}}vaatimuksia, jotka vaativat vainkoherentti optiikkavoi tyydyttää samanaikaisesti.

Koherenttioptiikka, PAM4 ja DWDM

Johdonmukainen vs. PAM4: täydentävä, ei kilpaileva

PAM4 (4-tasoinen pulssiamplitudimodulaatio) hallitsee lyhyen-kantavuuden yhteyksiä palvelinkeskuksissa-yksinkertainen, alhainen-teho ja kustannus-tehokas. Se koodaa kaksi bittiä symbolia kohden käyttämällä neljää kirkkaustasoa, mutta ilman sisäänrakennettua hajontakompensaatiota käytännöllinen ulottuvuus on noin 10–30 km.Yhtenäinen optinen viestintäulottuu satoihin tai jopa tuhansiin kilometreihin suuremman tehon ja monimutkaisemman kustannuksella. Heillä on selvä työnjako: PAM4 lyhyille-etäisyyslinkeille, johdonmukainen kaikkeen pidempään. Kun yhtenäisistä pistokkeista tulee pienempiä ja tehokkaampia-, niiden välinen raja siirtyy edelleen sisäänpäin.

Koherentti DWDM: Frameworkin koherenttioptiikka toimii

Tiheä aallonpituusjakoinen multipleksointi (DWDM) lähettää kymmeniä aallonpituuksia yhden kuidun läpi samanaikaisesti, joista jokainen kuljettaa oman tietovirtansa.Koherentit optiset lähetin-vastaanottimetmäärittää, kuinka paljon dataa kukin aallonpituus kuljettaa. Vuonna ajohdonmukainenDWDMjärjestelmässä nämä kaksi tekniikkaa täydentävät toisiaan: DWDM tarjoaa kanavat,yhtenäinen modulaatiotäyttää ne. Kun koherentit moduulit käyttävät viritettävää laseria, lähetyksen aallonpituus voidaan asettaa mille tahansa kanavalle DWDM-verkossa, mikä antaa operaattoreille joustavuutta reitittää ja konfiguroida kapasiteettia koko verkossa.

Koherenttioptiikka vuonna 2026 ja sen jälkeen

Backbonesta Metroon ja Edgeen

Vuoteen 2026 mennessäkoherentit optiset lähetin-vastaanottimetlaajenevat nopeasti kaukoliikenteen-lähetyksestä metroverkkoihin, datakeskusten yhteenliittämiseen (DCI) ja reunalaskentaan-5G-edistyneen liikenteen kasvun, hajautettujen tekoälytyökuormien ja kasvavien yritysten kaistanleveysvaatimusten ansiosta.

800G ZR/ZR+johdonmukainen kytkettävämoduulit toimivat nyt kaksinkertaisesti: ne kattavat yli 1 700 kilometrin pituiset{0}}matkat ja alentavat samalla bittikohtaista hintaa 40–120 kilometrin metroyhteyksissä. Samaan aikaan tehokkaat-100 Gt:n koherentit moduulit muokkaavat metroverkon suunnittelua-voimakkaampi lähetysteho yhdistettynä alhaisen-häviön kuituun mahdollistaa vahvistamattoman lähetyksen yli 120 km:n matkalla, eliminoiden välivahvistimet ja alentaen sekä rakentamis- että käyttökustannuksia.

Reunalaskenta nopeuttaa tätä muutosta. Tekoälyn päättelyn siirtyessä kohti hajautettuja solmuja ydinpalvelinkeskusten ja reuna-alueiden väliset yhteydet vaativat kaistanleveyttä, jota PAM4 ei pysty toimittamaan tällaisilla etäisyyksillä. Kompakti, pienitehoinen-tehokoherentit lähetin-vastaanottimeton tulossa näiden linkkien luonnollinen rakennuspalikka.

Teollisuuden vauhti

800G koherenttien moduulien toimitusten ennustetaan kasvavan alle 5 %:sta koherentin kokonaisvolyymistä vuonna 2025 noin 30 %:iin vuoden 2026 loppuun mennessä, mikä johtuu pääasiassa Pohjois-Amerikan operaattorien ja hyperscale DCI:n kysynnästä. OFC 2026:ssa OIF osoitti usean-toimittajan yhteentoimivuuden 400ZR- ja 800ZR-liitettäville moduuleille{10}}vahvisti, että ekosysteemi tukee laajamittaista-toimittajaneutraalia{12}}käyttöönottoa.

Tulevaisuudessa 1,6 terabitin -per-sekunnissa koherentteja järjestelmiä kehitetään seuraavan-sukupolven DSP-piille. Rata on johdonmukainen: nopeampi, pienempi, pienemmällä teholla-pidentääkoherentti optiikkaverkon ytimestä aina verkon reunaan asti.