Zasięg modułów koherentnych 400G i 800G, porównanie dla typowych tras operatorskich

Dlaczego zasięg modułu koherentnego to zmienna, a nie stała

Klasyczny moduł SFP+ ma zasięg 10 km albo 40 km. Kupujesz moduł pod konkretny dystans i na tym koniec. Moduł koherentny działa inaczej, bo ten sam hardware obsługuje wiele trybów modulacji, a każdy z nich to inny kompromis między przepustowością a zasięgiem.

Tryb modulacji określa, ile bitów koduje jeden symbol optyczny. 16QAM koduje cztery bity na symbol, co daje maksymalną gęstość informacji, ale symbole leżą blisko siebie i szum powoduje błędy na długich trasach. QPSK koduje dwa bity na symbol, symbole są od siebie daleko, więc sygnał toleruje znacznie większą degradację i dociera dużo dalej. 8QAM leży pomiędzy nimi. Operator projektujący sieć dobiera tryb modulacji do trasy tak, jak inżynier dobiera prędkość do drogi: na prostej autostradzie maksymalna, na trasie górskiej bezpiecznie zamiast szybko.

Moduły 400G, zasięgi w poszczególnych trybach

Moduły GBC Photonics QSFP-DD 400G OpenZR+ pracują w trzech podstawowych trybach modulacji, a każdy z nich odpowiada innemu typowi trasy w realnej sieci operatorskiej.

Tryb 400G DP-16QAM, standard OIF 400ZR

Maksymalna przepustowość przy zasięgu do 120 km. To tryb zaprojektowany z myślą o połączeniach DCI między centrami danych w tym samym mieście albo między miastami oddalonymi o kilkadziesiąt kilometrów. Wymaga dobrego OSNR i toru bez nadmiernej liczby elementów pasywnych. Dla tras poniżej 80 km z dobrym włóknem G.652.D jest wyborem optymalnym, a powyżej 80 km wynik zależy od liczby węzłów ROADM i jakości toru, dlatego zawsze liczymy budżet optyczny przed wdrożeniem. Typowe zastosowania to połączenia między węzłami centrów danych w Warszawie, Krakowie czy Wrocławiu, sieci metro obsługujące ruch miejski i podmiejski oraz DCI między obiektami jednej organizacji w promieniu do 100 km.

Tryb 300G DP-8QAM

Trzy czwarte przepustowości przy zasięgu do 600 km w dobrych warunkach toru, realnie od 300 do 500 km dla tras z węzłami pośrednimi. 8QAM daje znacznie wyższy margines OSNR niż 16QAM, zachowując 75 procent przepustowości. Dla tras regionalnych, na których 16QAM nie dociąga, a 100G to za mało, 8QAM jest właściwą odpowiedzią. W testach produkcyjnych na trasie Poznań, Frankfurt, czyli blisko 1000 km na infrastrukturze polskiego operatora backbone, moduły GBC Photonics 400G osiągnęły stabilną transmisję 300G w trybie 8QAM, bez zewnętrznych transponderów, bezpośrednio z routera. Zastosowania to trasy backbone między dużymi węzłami w Polsce, połączenia do sąsiednich krajów CEE oraz sieci regionalne obsługujące kilka województw.

Tryb 200G DP-QPSK

Połowa przepustowości przy zasięgu powyżej 1000 km w sprzyjających warunkach toru. QPSK ma największy margines OSNR spośród standardowych trybów modulacji koherentnej, co przekłada się na odporność na degradację sygnału przy wielokrotnym przejściu przez węzły ROADM i wzmacniacze EDFA. Zastosowania to połączenia między krajami, trasy z wieloma węzłami pośrednimi oraz zabezpieczenie krytycznych łączy backbone, gdzie niezawodność jest ważniejsza od przepustowości.

Moduły 800G z PCS, zasięgi w poszczególnych trybach

Moduł GBC Photonics QSFP-DD 800G OpenZR+ z PCS (Probabilistic Constellation Shaping) to kolejna generacja. PCS pozwala płynnie regulować efektywny tryb modulacji pomiędzy wartościami standardowymi, więc zamiast skakać między QPSK a 8QAM, moduł przesuwa się po całej skali.

Tryb 800G DP-16QAM daje maksymalną przepustowość dla łączy krótkich i DCI, z zasięgiem od 80 do 120 km przy dobrym OSNR. To tryb dla połączeń między bliskimi lokalizacjami, gdzie priorytetem jest maksymalna gęstość przepustowości na port, czyli DCI w tej samej metropolii, połączenia między kampusami w promieniu kilkudziesięciu kilometrów oraz centra danych z wysoką gęstością GPU.

Tryb 600G DP-8QAM daje trzy czwarte przepustowości 800G przy zasięgu od 300 do 500 km. Dzięki PCS moduł sam optymalizuje kompromis między przepustowością a zasięgiem na podstawie mierzonego OSNR, dopasowując się płynnie do warunków toru. To rozwiązanie dla tras regionalnych z nowoczesnymi węzłami ROADM i połączeń między dużymi miastami, gdzie wymagana przepustowość przekracza możliwości 400G.

Przy dłuższych trasach moduł 800G z PCS może pracować z przepustowością 400G albo niższą, zachowując znacznie wyższy zasięg niż w trybie 800G. Elastyczność PCS pozwala na ciągłą optymalizację bez twardego progu między trybami, bo zamiast skokowego wyboru między predefiniowanymi opcjami masz płynną krzywą zależności zasięgu od przepustowości. To wybór dla tras backbone, na których dziś potrzebujesz 400G, ale infrastrukturę projektujesz pod przyszłą rozbudowę do 800G bez wymiany modułów.

Wpływ jakości toru na realny zasięg

Podane zasięgi to wartości przy standardowych warunkach toru. W praktyce dwa czynniki najczęściej skracają realny zasięg poniżej wartości nominalnych.

Pierwszym jest liczba węzłów ROADM. Każdy rekonfigurowalny optyczny multiplekser wprowadza straty sygnału, więc trasa 500 km z pięcioma węzłami ROADM ma zupełnie inny efektywny budżet optyczny niż trasa 500 km punkt do punktu. W sieciach z wieloma węzłami pośrednimi zasięg trybów o wyższej modulacji spada i właśnie wtedy 8QAM albo QPSK staje się właściwym wyborem.

Drugim jest jakość włókna i liczba spawów. Tłumienność katalogowa nowego włókna G.652.D w paśmie C mieści się w okolicach 0,18 do 0,20 dB/km, ale stare włókna, liczne spawy o wyższych stratach i złącza po wieloletniej eksploatacji podnoszą efektywną tłumienność toru i skracają zasięg. Dane z dokumentacji instalacji sprzed dziesięciu lat nie są wiarygodną podstawą planowania zasięgu modułu koherentnego 400G, dlatego zawsze mierzymy aktualne parametry toru przez OTDR.

Zasięgi dla typowych tras operatorskich w Polsce i CEE

400ZR kontra OpenZR+, różnica której nie widać w nazwie

Standard OIF 400ZR definiuje jeden tryb: 400G DP-16QAM do 120 km. Moduł zgodny wyłącznie z 400ZR nie da więcej bez wymiany sprzętu. Standard MSA OpenZR+ definiuje wiele trybów, od 100G do 400G, z modulacjami QPSK, 8QAM i 16QAM oraz zasięgami do 600 km i więcej. Jednym z wymaganych trybów jest ten kompatybilny z OIF 400ZR, więc moduł OpenZR+ obsługuje wszystko to, co 400ZR, i znacznie więcej.

Moduły GBC Photonics są zgodne z obydwoma standardami. Moduł 400ZR to dobre rozwiązanie dla sieci DCI, w której wszystkie trasy mają poniżej 120 km i tak już zostanie. Moduł OpenZR+ to właściwy wybór dla sieci z trasami o różnych długościach, bo trzymasz w magazynie jeden typ modułu i konfigurujesz go inaczej dla każdej trasy.