可插拔相干光模块的发展

2021-04-09 20:48

随着单通道传输速率的提高，现代光通信领域越来越多的应用场景开始用到相干光传输技术，相干技术从过去的骨干网（＞1000km）下沉到城域（100～1000km）甚至边缘接入网（＜100km）。另一方面在数通领域，相干技术也已经成为数据中心间互联（DCI）的主流方案（80～120km）。相干光链路的用量在未来几年将迎来井喷式增长，这些新的应用对相干光收发系统也提出了新的要求，推动着相干收发单元从原先和线卡集成方式、MSA模块逐步向独立的、标准化的可插拔光收发模块形式演进。本文探讨了可插拔相干光模块的发展趋势，并对400G相干标准进行了对比分析。

可插拔相干光模块的发展

相比城域网或数据中心内部使用的客户端光模块，光传输网络中使用的相干光收发单元通常内置或集成于线路侧单板，存在端口密度低、体积功耗大、非标设计等问题。长期以来，网络运营商一直希望传输光模块具有与客户端光模块相同或相近的封装，就像我们熟悉的10G网络可以使用标准SFP＋光模块封装实现一样。近年随着先进的CMOS工艺DSP芯片和集成光子技术的进步，使得体积更小和更低功耗的可插拔相干封装光模块成为可能。

经过多年发展，标准化、可插拔光模块已经是光通信线路侧业务传输的必然选择。应用于城域、骨干网络的相干光模块发展趋势有以下几个特点：

－高速化：从100G／200G到400G ，再向800Gbps速率演进；

－小型化：从100G MSA的封装形态向CFP／CFP2DCO／ACO封装形态转变，当前又提出了400G OSFP DCO和QSFP－DD DCO等封装标准（如图1所示）；

－低功耗化：考虑整体系统功耗要求，例如QSFP－DD封装的相干光模块产品功耗不能高于15W；

－互联互通的标准化：传统上各设备厂家使用自行开发的专用接口板，使用私有的高阶调制方式及FEC算法，不同厂家接口之间无法互通；相干光模块的互联互通是业界正在努力的方向。

随着互联网业务的发展、云基础设施的建设以及AI人工智能运算方面的需求，电信和数据中心运营商对不同厂商光模块的互通性提出了明确要求。在FEC标准方面，存在GFEC、SCFEC、RS10、CFEC、oFEC、SD－FEC等不同类型，对应不同的速率与标准，总体可以划分为三代：第一代为分组码，增益要求6dB，开销为6．7％；第二代为级联交织迭代，增益要求8dB，开销6．7％；第三代为软判SD－FEC，增益要求为11dB，开销大于25％，采用Turbo乘积码（TPC）和低密度奇偶校验码（LDPC）算法，而基于星座图概率整形的新一代FEC暂时未发布标准。在DSP算法上，以400ZR为例，规范了帧格式、非差分编码、调整标记、符号映射规则、训练序列、导频符号等互通必要信息。在MI S标准方面，也已经有CFP MIS、C－CMIS、CMIS等不同标准类型。

中兴通讯的相干光模块产品在业界一直处于领先水平，已经先后推出了自研的100G／200G／400G／600G MSA模块，并在业界率先推出了100G CFP、200G／400G DCFP2系列可插拔光模块，采用自研光、电芯片的DCFP2／QSFP－DD等高集成度可插拔模块也在逐步研制中。

作者：中兴光电子何子安，王会涛