В 2011-2012 телекоммуникационный мир шагнул в эру 100G. В смысле, массово шагнул, повсеместно. Если уважаемым хабрачитателям будет интересно, каким образом это произошло – немного знаний под катом.
Здесь и далее подразумевается передача 100G в DWDM сетях, в пределах 50GHz канала. Как правило, DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) подразумевает возможность передачи порядка 40-88 каналов в C (96 в расширенном) диапазоне, на расстояния от 80 до нескольких тысяч километров, это так называемые магистральные сети (Optical Transport Network). Подробнее о таких сетях уже писалось, например, тут. Для передачи 100G в сетях OTN используется структура OTU4, но это уже совсем другая история…
Итак, как такая скорость стала возможна?
Для того, чтобы реализовать возможность передачи на такой скорости, инженерам пришлось пойти на некоторые ухищрения, чтобы уменьшить изначальную символьную скорость:
1. Использование технологии поляризационного уплотнения.
2. Использование новых видов модуляции
3. Использование когерентного приема.
Поляризационное уплотнение (Polarization Multiplexing).
При распространении света существует две перпендикулярно ориентированные составляющие:
В системах предыдущего поколения, информация передавалась двумя составляющими одновременно, что вызывало проблемы с дисперсией сигнала (в частности поляризационно-модовая дисперсия, PMD). Используя обе составляющие для передачи данных, сокращается требуемая символьная скорость (множитель битовой скорости — 2).
Некоторые производители, не имеющие на заре появления 100G высокопроизводительных передатчиков, вышли из ситуации, используя мультиплексирование двух поднесущих:
Множитель битовой скорости — 2*2, таким образом, требуется меньшая битовая скорость, но ухудшаются показатели трансмиссии и увеличивается сложность производства.
Минус данного решения – более сильные требования по компенсации дисперсии, по сравнению с обычными не 2х поляризационными системами (т.е. влияние дисперсии еще более губительно).
Новые виды модуляции.
Для скоростей 10G и ниже, как правило, применяются простые виды модуляции, называемые OOK On Off Keying, например CRZ; CSRZ, ODB (один бит на символ)
Для скоростей выше 10G применяются модуляции, увеличивающие символьную скорость, например DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying):
Так как в этом случае у нас при передаче одного символа может быть закодировано два значения, то битовая скорость больше (два бита на символ). Следующим шагом планируется введение QAM модуляции, в частности 16-QAM, но это уже тематика другой статьи.
В результате для требуемой скорости 100G требуется порядка 112 Gbd символьной скорости (из-за заголовков и служебной информации), но за счет технических решений это требование снижается до 28Gbd (28*2 xполяризация*2 xмодуляция=112) при одной несущей и 14 Gbd при двух поднесущих. Конечно, это весьма приближенное объяснение на «пальцах», но возможно, оно кому-то поможет понять, где и что искать дальше.
Когерентный прием
Использование когерентного приема в основном связано с проблемами дисперсии (уширения) импульсов в волокне.
Основное отличие когерентного детектирования от систем с обычным (прямым детектированием direct detection) заключается в том, что в системах с прямым детектированием возможно только считывание действующего значения, например текущей интенсивности света на фотодиоде.
Основная идея когерентного приема в том, что на приемник (4) направляется два сигнала от источника и от локального генератора (2) (т.н. опорный сигнал). В этом случае два сигнала интерферируют(3) и фото детектор видит уже некую интерференционную картину, а значит, может получить некие сведения о фазе.
Кроме того, после преобразования свет – электричество на фотодиоде (4), далее происходит компенсация ошибок (FEC) вызванных дисперсией и влиянием шумов, что повышает возможность передачи сигналов на сотни километров без необходимости их восстановления (3R регенерации). На самом деле, эта технология вывела системы DWDM на новый виток эволюции, за счет именно крайне эффективной компенсации ошибок.
В итоге, такая смесь инженерно-технических решений и позволила реализовать такую нужную и перспективную технологию. На пороге новые сложности, в данный момент идут активные исследования передач на скоростях 400Gbit и 1000Gbit (1Tbit) в секунду и думаю, что через пару лет и эти технологии шагнут из лабораторий в мир практического использования.
Честно говоря, до этого я никогда статей не писал, поэтому извиняюсь, если некоторые моменты освещены немного сумбурно, я постараюсь ответить на ваши вопросы, если они вдруг появятся.
Автор: tomoto
