Czym różni się moduł koherentny od tradycyjnego transceivera?

Tradycyjny transceiver, czyli jeden wymiar informacji?

Tradycyjny transceiver, na przykład zwykły SFP albo SFP+, działa na zasadzie "świeci albo nie świeci". Laser emituje dwa stany światła, które druga strona łącza odbiera jako "1" albo "0". To rozwiązanie eleganckie w swojej prostocie i naprawdę powszechne. Takie moduły pracują dziś w miliardach urządzeń na całym świecie.

Ma jednak jeden fundamentalny problem. Kiedy chcesz wysłać więcej danych, masz tylko dwie drogi: albo szybciej włączać i wyłączać laser, albo położyć więcej włókien. Trzeciej możliwości nie ma. Jasność to jeden wymiar informacji, a jeden wymiar informacji oznacza jeden wymiar możliwości.

Moduł koherentny, czyli czytanie obrazów zamiast migotania

Moduł koherentny podchodzi do tego zupełnie inaczej. Zamiast pytać "czy świeci", pyta "jak świeci", i wykorzystuje do tego kilka właściwości światła naraz. Modulacja koherentna koduje informację w amplitudzie, fazie i polaryzacji sygnału nośnego. To trzy niezależne wymiary, które można dowolnie ze sobą łączyć.

Efektem są symbole złożone z wielu punktów, czyli w praktyce obrazy, w których zakodowany jest cały zestaw bitów. Ile dokładnie bitów, zależy od formatu modulacji. QPSK to dwa bity na symbol, 8QAM to trzy, a 16QAM to cztery. Przy podwójnej polaryzacji każdą z tych liczb mnożysz przez dwa. DP-16QAM daje więc osiem bitów na jeden symbol, czyli osiem razy więcej informacji niż najprostszy schemat "świeci, nie świeci".

Jest jeszcze jedna rzecz, która robi wrażenie. Czułość odbiornika koherentnego jest tak wysoka, że do odczytania jednego bitu informacji wystarcza średnio dziewięć fotonów. To nie pomyłka w druku. Dziewięć cząstek światła wystarczy, żeby pewnie odczytać bit danych.

DSP, czyli mózg który sprawia, że to wszystko działa

Za tą precyzją stoi procesor sygnałowy DSP. To on w czasie rzeczywistym koduje wychodzące dane w złożone symbole i dekoduje te przychodzące. To on obsługuje korekcję błędów FEC, kompensuje zniekształcenia sygnału w włóknie i zarządza polaryzacją.

DSP pochłania średnio połowę energii zużywanej przez cały moduł koherentny. Właśnie dlatego przez lata moduły koherentne były duże i gorące. Ich konstruktorzy musieli upchać ogromną moc obliczeniową w jak najmniejszą obudowę. Pierwsze rozwiązania koherentne powstawały jako karty liniowe montowane w dużych urządzeniach transmisyjnych. Moduły pluggable, które wsuwasz do portu routera jak zwykły transceiver, stały się możliwe dopiero wtedy, gdy układy DSP zrobiły się wystarczająco małe i oszczędne energetycznie.

Dziś moduł GBC Photonics 400G OpenZR+ pracuje z mocą poniżej 22 W. To efekt zastosowania fosforku indu (InP) jako materiału półprzewodnikowego oraz integracji wielu funkcji, czyli lasera, wzmacniacza optycznego i modulatora, w jednym fragmencie tego materiału.

Skąd ta różnica w zasięgu?

Tradycyjny transceiver ma ograniczony zasięg, bo sygnał słabnie i zniekształca się na długich dystansach. Moduły koherentne radzą sobie z tym znacznie lepiej, z kilku powodów. Po pierwsze, DSP aktywnie kompensuje zniekształcenia sygnału w włóknie, czyli dyspersję chromatyczną i dyspersję polaryzacyjną. To rzeczy, które w klasycznych transceiverach trzeba neutralizować osobnymi urządzeniami albo po prostu z nimi żyć.

Po drugie, moduły koherentne współpracują ze wzmacniaczami optycznymi EDFA, które regenerują sygnał bez konwersji na postać elektryczną. To otwiera drogę do setek kilometrów transmisji bez regeneratora, a z nowoczesnymi modułami koherentnymi nawet ponad tysiąca kilometrów.

IPoDWDM, czyli gdzie te różnice mają znaczenie w praktyce?

Tradycyjne transceivery łączą router z transponderem. Transponder przetwarza sygnał na długość fali DWDM i wysyła go dalej, a na odległym końcu czeka kolejny transponder. Moduł koherentny eliminuje tego pośrednika. Wsuwasz go wprost do portu QSFP routera, konfigurujesz długość fali DWDM i moduł rozmawia bezpośrednio z systemem optycznym. Koniec z osobnymi transponderami, ich zasilaniem, chłodzeniem i zarządzaniem.

Na tym właśnie polega idea IPoDWDM, a wynikające z niej oszczędności są bardzo konkretne. Firmy wdrażające takie architektury raportują obniżenie kosztów inwestycyjnych sieci szkieletowej o 65 procent w porównaniu z tradycyjnymi strukturami, redukcję zajętości powierzchni w centrum danych nawet o 80 procent oraz spadek poboru mocy od 70 procent na brzegu sieci do 90 procent w jej rdzeniu.

Kompatybilność, czyli jeden moduł do wszystkiego

Historycznie moduły koherentne bywały problematyczne, bo każdy producent sprzętu wymagał modułów z własnej oferty. Standaryzacja QSFP i protokołu CMIS to zmieniła. Moduły GBC Photonics pracują w routerach i przełącznikach wszystkich wiodących producentów sprzętu sieciowego zgodnych ze standardem OpenZR+. Kompatybilność potwierdzamy laboratoryjnie przed każdą dostawą.

Dodatkowo środowisko SRD (Smart Recode Device) pozwala samodzielnie zaprogramować moduł do współpracy ze sprzętem konkretnego producenta. Robisz to z komputera albo smartfona, bez wysyłania modułu do serwisu. W magazynie trzymasz jeden typ modułu zamiast kilku wersji dla różnych producentów.

Kiedy tradycyjny transceiver, a kiedy koherentny?

Tradycyjny transceiver nadal ma swoje miejsce. Połączenia w budynku, w kampusie, krótkie dystanse do kilku kilometrów, czyli wszędzie tam prostota i cena klasycznych modułów wygrywają bez dyskusji.

Moduł koherentny ma sens wtedy, gdy dystanse przekraczają kilkadziesiąt kilometrów, gdy potrzebujesz wysokiej przepustowości na jednym włóknie, gdy budujesz DCI między centrami danych, projektujesz backbone sieci operatora albo chcesz wyeliminować transpondery z architektury.

Granica między tymi dwoma światami stale się przesuwa, bo moduły koherentne są coraz tańsze i coraz prostsze we wdrożeniu. W ofercie GBC Photonics jest już koherentny moduł 100G w obudowie QSFP28 z poborem poniżej 5 W, przeznaczony do sieci dostępowych. To kategoria, która jeszcze niedawno należała wyłącznie do klasycznych transceiverów.

FAQ