Modul optik mengurangkan kesilapan penghantaran

 

Modul optiktelah menjadi komponen penting dalam infrastruktur telekomunikasi moden, terutamanya disebabkan oleh keupayaan mereka untuk mengurangkan kesilapan penghantaran berbanding dengan sistem berasaskan tembaga tradisional -. Perkembangan modul -modul ini bermula dengan sungguh -sungguh pada akhir 1990 -an, apabila syarikat -syarikat seperti Cisco dan Lucent Technologies mula mengalami masalah integriti data dengan interkoneksi tembaga pada kelajuan melebihi 1 gbit/s.

 

 

Pembangunan sejarah dan pembetulan kesilapan

 

Generasi pertama darimodul gentian optikDiperkenalkan sekitar 1998-2000 menunjukkan kira-kira 60% kesilapan bit lebih sedikit daripada rakan-rakan tembaga mereka pada jarak yang setara. Peningkatan ini berpunca daripada imuniti gentian optik ke gangguan elektromagnet (EMI) dan gangguan frekuensi radio (RFI), yang melanda sistem tembaga di persekitaran pusat data di mana beratus -ratus pelayan beroperasi berdekatan.

Pelaksanaan awal digunakan agak mudahmodulator optikReka bentuk berdasarkan modulasi langsung Fabry - laser Pérot. Modul -modul ini mencapai kadar ralat bit (BER) sekitar 10^- 12, yang dianggap sangat baik pada masa itu tetapi tidak mencukupi untuk keperluan moden. Pengenalan laser maklum balas yang diedarkan (DFB) pada tahun 2003 meningkatkan ini kepada 10^-15, menjadikan penghantaran jarak jauh lebih praktikal.

 

Mekanisme pengurangan keluarga dan kesilapan SFP

 

Bentuk kecil - spesifikasi pluggable faktor, yang menghasilkan secara meluas - yang diterima pakaiTransceiver Optik SFP, mewakili kemajuan besar apabila dikeluarkan secara terbuka pada tahun 2001. Pada mulanya dibangunkan oleh konsortium yang termasuk Finisar, Agilent, dan AMP, standard SFP menyediakan antara muka pluggable panas - yang membolehkan integriti isyarat yang lebih baik melalui reka bentuk elektrik yang lebih baik.

Pelaksanaan Gigabit

TheGigabit SFP Transceivermenjadi sangat penting untuk rangkaian perusahaan. Ujian yang dijalankan oleh makmal bebas pada tahun 2004 menunjukkan bahawa modul SFP yang dilaksanakan dengan betul dapat mengekalkan ralat - penghantaran percuma (kesilapan sifar lebih dari 24 - jam ujian jam) pada jarak sehingga 10 kilometer menggunakan serat tunggal mod. Ini adalah revolusioner berbanding gigabit tembaga Ethernet, yang terhad kepada 100 meter dan masih mengalami kesilapan sekali -sekala disebabkan oleh crosstalk.

Themodul SFP serat optikReka bentuk menggabungkan beberapa ralat - Ciri -ciri pengurangan:

Suhu - Pemandu laser yang dikompensasi yang mengekalkan kuasa output yang konsisten

Litar penerima lanjutan dengan penyamaan penyesuaian

Dibina - dalam pemantauan diagnostik (sering dipanggil pemantauan diagnostik digital atau DDM)

Perumahan yang lebih baik yang memberikan pelindung EMI yang lebih baik

 

Transceiverpembetulan evolusi dan ralat

 

PerkembanganTransceiver Modul Optiktelah melalui beberapa fasa yang berbeza. Sekitar tahun 2007 - 2008, pengeluar mula membenamkan pembetulan ralat ke hadapan (FEC) terus ke dalam modul. Ini pada mulanya kontroversial kerana ia menambah kos dan penggunaan kuasa, tetapi penyebaran medan menunjukkan pengurangan dramatik dalam kesilapan yang tidak dapat dikesan - Sesetengah pengendali melaporkan kegagalan pautan 90% lebih sedikit selepas mengamalkan modul yang dibolehkan FEC.

Satu perkembangan yang menarik ialahmodul penerima optik gentianDengan pengesanan yang koheren, yang mula muncul dalam produk komersial sekitar tahun 2010. Tidak seperti sistem pengesanan langsung - langsung, penerima yang koheren dapat memulihkan kedua -dua maklumat amplitud dan fasa, dengan berkesan menggandakan jumlah data yang dihantar sambil mengekalkan kadar ralat yang sama. Penyebaran komersil terawal adalah dalam sistem kabel kapal selam, di mana peningkatan kecil dalam kadar kesilapan dapat menghapuskan keperluan untuk peralatan regenerasi yang mahal.

 

Modern High - pelaksanaan kelajuan

 

Teknologi Modul Optik Digital

KemunculanModul Optik DigitalSekitar tahun 2015 menandakan satu lagi langkah penting ke hadapan. Modul -modul ini menggabungkan pemproses isyarat digital (DSP) yang boleh melakukan analisis ralat masa - dan penyamaan penyesuaian. Versi awal dari syarikat-syarikat seperti Acacia Communications dan Neophotonics menunjukkan bahawa modul DSP - boleh beroperasi pada kadar 100g dengan BER lebih baik daripada 10^- walaupun lebih jauh melebihi 1000 kilometer, yang mungkin tidak mungkin dengan reka bentuk analog.

TheModul SFP OptikTeknologi juga berkembang termasuk faktor bentuk yang lebih kecil. Spesifikasi SFP28, yang disahkan pada tahun 2014, menyokong 25 gbit/s setiap lorong sambil mengekalkan keupayaan pembetulan ralat yang sama sebagai modul yang lebih besar. Ini dicapai melalui beberapa inovasi:

Pengurusan kicauan laser yang lebih baik

Pampasan penyebaran kromatik yang lebih baik

Litar pemulihan jam yang lebih canggih

Data medan dari penyedia awan utama (walaupun tidak biasanya diterbitkan) mencadangkan bahawa penyebaran SFP28 pada 2016-2017 mencapai masa min antara kegagalan (MTBF) melebihi 10 tahun, dengan kesilapan penghantaran kerana kegagalan menyebabkan kurang daripada 2% kes.

400g dan seterusnya

TheModul optik 400gmewakili keadaan semasa - daripada - - seni dalam pengurangan kesilapan. Modul -modul ini, yang memulakan penggunaan komersial sekitar 2019, biasanya menggunakan 8 lorong pada 50g setiap atau 4 lorong pada 100g. Peralihan ke modulasi PAM-4 (bukan NRZ tradisional) pada mulanya menimbulkan kebimbangan mengenai kadar ralat, kerana PAM-4 mempunyai margin kurang antara tahap isyarat. Walau bagaimanapun, kemajuan dalam teknologi DSP dan pelaksanaan kod FEC yang lebih kuat (terutamanya RS (544,514) FEC) sebenarnya menghasilkan prestasi ralat yang sama atau lebih baik berbanding dengan sistem NRZ.

Inphi Corporation (sekarang sebahagian daripada Marvell) menerbitkan data pada tahun 2020 yang menunjukkan modul 400g mereka yang dicapai pra - Fec ber dari kira-kira 10^- 5, yang enjin FEC mereka diperbetulkan untuk menyiarkan - fec lebih baik daripada 10^-15. Ini bermakna bahawa untuk tujuan praktikal, kesilapan penghantaran telah menjadi hampir tidak wujud dalam sistem yang direka dengan baik.

 

 

Pertimbangan Infrastruktur

 

Reka bentuk sistem optik modular

Konsep asistem optik modulartelah mendapat daya tarikan terutamanya di pusat data hiperscale. Syarikat -syarikat seperti Microsoft dan Facebook (META) telah menerbitkan kertas putih yang menerangkan bagaimana reka bentuk modular membolehkan mereka mengoptimumkan bahagian -bahagian yang berlainan dari laluan optik secara berasingan. Sebagai contoh, pusat data mungkin menggunakan modul modul - pendek untuk modul modul - (di mana kos lebih penting daripada prestasi mutlak) dan modul modul tunggal -

Pendekatan modular ini telah membantu mengurangkan kadar kesilapan sistem keseluruhan kerana setiap jenis sambungan boleh dioptimumkan untuk kes penggunaan khususnya. Pusat data Microsoft di Quincy, Washington dilaporkan menyaksikan pengurangan 40% dalam kesilapan pautan selepas beralih ke infrastruktur optik sepenuhnya modular pada tahun 2018.

Pelaksanaan panel patch

Panel patch serat optik modularjuga menyumbang kepada pengurangan kesilapan, walaupun kesannya sering diabaikan. Sambungan fizikal yang lemah di panel patch secara sejarah menyumbang 15-20% kesilapan pautan optik mengikut kajian 2012 oleh Corning. Panel patch modular moden dengan reka bentuk penyambung yang lebih baik (terutamanya penyambung LC dan MPO/MTP) telah mengurangkan ini dengan ketara.

Pengenalan Push - Pull Tab LC penyambung sekitar tahun 2005 adalah sangat penting - penyambung ini menyediakan kehilangan sisipan yang lebih konsisten dan kerugian pulangan berbanding dengan reka bentuk berasaskan selak -, yang boleh menjadi longgar dari masa ke masa disebabkan oleh getaran dalam persekitaran pusat data.

 

Spesifikasi dan piawaian teknikal

 

Pelbagai badan piawaian telah menubuhkan spesifikasi yang secara langsung menangani pengurangan ralat. Kumpulan kerja IEEE 802.3, misalnya, menentukan keperluan BER maksimum untuk kelajuan Ethernet yang berbeza. Untuk 100gbase - sr4 (pelaksanaan multimode biasa), standard memerlukan BER tidak lebih buruk daripada 10^-12 pada output decoder FEC, yang diterjemahkan kepada kesilapan sifar semasa operasi normal.

Forum internet optik (OIF) telah sangat aktif dalam menentukan antara muka yang meminimumkan kesilapan. Perjanjian pelaksanaan mereka untuk CEI - 28g dan CEI-56G menentukan ciri-ciri elektrik terperinci termasuk jitter, crosstalk, dan pulangan kerugian-semua yang mana kadar kesilapan kesan apabila tidak dikawal dengan betul.

Perlu diingat bahawa walaupun piawaian menentukan prestasi minimum, modul komersial sering melebihi keperluan ini. Satu tinjauan modul 2019 dari pengeluar utama (Finisar, Lumentum, II - vi) mendapati bahawa modul komersil biasa yang dikendalikan 2-3 dB lebih baik daripada anggaran optik yang diperlukan, memberikan margin yang signifikan terhadap kesilapan.

 

Pengalaman penempatan praktikal

 

Real - Penyebaran dunia telah menunjukkan bahawa sementara modul optik memberikan pengurangan ralat yang sangat baik dalam teori, pemasangan dan penyelenggaraan yang betul tetap kritikal. Kajian 2017 mengenai penyedia telekomunikasi Amerika Utara utama mendapati bahawa kira -kira 80% kesilapan pautan optik akhirnya dikesan ke:

Penyambung kotor (31%)

Kerosakan serat (23%)

Pemasangan Modul Yang Tidak Betul (14%)

Gabungan modul/serat yang tidak serasi (12%)

Ini menunjukkan bahawa modul optik itu sendiri hanya sebahagian daripada persamaan pengurangan ralat. Kajian yang sama mendapati bahawa selepas melaksanakan program protokol pembersihan yang ketat dan program latihan juruteknik, kadar ralat rangkaian menurun sebanyak 67% tanpa mengubah sebarang modul.

 

Perkembangan masa depan

 

Penyelidikan ke dalam kadar kesilapan yang lebih rendah berterusan. Pembentukan konstelasi probabilistik, yang mengoptimumkan pengagihan isyarat untuk ciri -ciri saluran, telah menunjukkan janji dalam ujian makmal. Keputusan yang diterbitkan dari Nokia Bell Labs pada tahun 2021 menunjukkan peningkatan BER 1-2 dB menggunakan teknik ini, yang akan diterjemahkan kepada penghantaran yang lebih dipercayai.

Penyepaduan algoritma pembelajaran mesin untuk penyelenggaraan ramalan juga menunjukkan potensi. Dengan menganalisis corak dalam kadar ralat pra - FEC dan data diagnostik yang tersedia dari modul moden, sistem ini dapat meramalkan kegagalan yang akan berlaku jam atau hari lebih awal, yang membolehkan penggantian proaktif sebelum perkhidmatan - yang mempengaruhi ralat berlaku.