400ZR/OpenZR+相干可插拔光模塊剖析

WDM系統(tǒng)的光接口是根據(jù)一些同樣適用于轉(zhuǎn)發(fā)器和400G QSFP-DD DCO可插拔接口的關(guān)鍵屬性定義的。對于后者，這些屬性由標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)和行業(yè)組織指定，包括OIF 400ZR規(guī)范和OpenZR+多源協(xié)議（MSA）。

這些是DWDM系統(tǒng)中光接口的主要屬性：

?光發(fā)射功率：以dBm（相對于1mW的分貝）定義，具有最小值、最大值和典型值。在工程網(wǎng)絡(luò)中，我們使用最小值作為性能的最壞情況，而最大值用于評估這些信號在多路復(fù)用和放大時可能產(chǎn)生的信號干擾。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟件可配置可變光衰減器（VOA）或固定光衰減器，通常在DWDM通道復(fù)用和放大之前使用，以避免它們之間的主要差異并補償EDFA的非線性增益曲線，這一過程稱為“pre-emphasis”。

?光接收功率：也以dBm為單位定義，具有最小值和最大值。在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)時，我們使用最小值并添加系統(tǒng)懲罰來定義最壞情況和維持“無錯誤”傳輸所需的最小功率量，或者換句話說，維持指定的誤碼率 (BER) 系統(tǒng)性能。

?光通道譜寬：以GHz為單位定義，光信道頻譜寬度與接口的波特率相關(guān)（例如，用于將信息傳送到物理介質(zhì)中的符號率）。使用不同的調(diào)制方案，400Gbps接口可以有不同的波特率。OpenZR+ MSA規(guī)范版本1.0將頻譜寬度@400Gbps定義為60.14GHz，而OIF 400ZR定義的信號寬度為59.84GHz。光信號所需的實際頻譜窗口將高于這些值，因為它必須考慮信號形狀和保護(hù)帶（例如，光通道之間的空間以最小化它們之間的干擾）。這兩個規(guī)范都將 75GHz定義為400Gbps信道的要求。

最大發(fā)射功率@400Gbps：-8.0(ZR)-8.5(ZR+)dBm
最小傳輸功率@400Gbps：-10dBm
圖1：400ZR和OpenZR+光信號剖析

?調(diào)制方案：不同的調(diào)制可用于產(chǎn)生光信號，現(xiàn)代系統(tǒng)允許操作員通過軟件配置更改調(diào)制。 調(diào)制方案將負(fù)責(zé)定義符號率或波特率以及每個符號攜帶的位數(shù)，進(jìn)而定義傳輸速率和接口性能。光學(xué)調(diào)制方案的示例包括400Gbps OpenZR+ MSA規(guī)范使用的DP-QPSK和DP-8QAM，以及OIF 400ZR和OpenZR+ MSA使用的DP-16QAM。

?數(shù)據(jù)封裝：在電氣領(lǐng)域，光接口使用不同的封裝或數(shù)字包裝器在有效載荷流量之上添加OAM工具。對于高性能光接口，封裝還包括尾端前向糾錯（FEC）信息，允許接收器識別和恢復(fù)傳輸錯誤。因此，光信號對光線路系統(tǒng)放大器產(chǎn)生的噪聲更具彈性（例如，它的光信號噪聲容限得到改善，系統(tǒng)性能和范圍得到提升）。這種針對光噪聲的額外預(yù)算稱為凈編碼增益（NCG）。數(shù)據(jù)封裝的示例包括用于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)器的ITU-T G.709和用于DCO可插拔模塊的 FlexO，而FEC方法包括階梯式“硬判決”FEC、“軟判決”FEC以及混合了軟判決和硬判決FEC的級聯(lián)FEC（C-FEC）。OIF 400ZR使用C-FEC，而 OpenZR+使用開放式FEC（O-FEC），這是OpenROADM倡議引入的基于塊碼的編碼器和基于迭代軟決策的解碼器。

?ITU-T頻率或波長：也稱為光信號“顏色”或“l(fā)ambda”，這是DWDM信道使用的以赫茲為單位的中心頻率或以納米為單位的波長。在相干光學(xué)系統(tǒng)中，它還定義了接口處理接收信號的頻率。頻率根據(jù)ITU T G.694.1標(biāo)準(zhǔn)定義，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同信道間隔或網(wǎng)格（例如 50GHz、100GHz或200GHz）的光信號的中心頻率。 最初的定義是在DWDM系統(tǒng)僅支持具有固定光譜寬度的光通道時創(chuàng)建的。基于ROADM的現(xiàn)代DWDM系統(tǒng)采用無網(wǎng)格技術(shù)，也稱為Flex-Spectrum，不再局限于固定頻譜寬度。無網(wǎng)格系統(tǒng)允許DWDM信道具有可變頻譜寬度，方法是根據(jù)它們的要求為它們分配具有可配置大小的頻譜片。了解信道中心頻率、其頻譜寬度和信道間隔要求對于定義DWDM線路系統(tǒng)的特性非常重要。OIF 400ZR 和OpenZR+ MSA規(guī)范都為400Gbps信道定義了75GHz頻譜，這可以使用固定濾波器或無網(wǎng)格ROADM來實現(xiàn)。

?光信噪比（OSNR）：以dB為單位，OSNR表示接收器在無法繼續(xù)保持所需性能，或接收器將其與噪聲分離所需的信號功率之前可以容忍的噪聲量。光信號噪聲的來源很多，但最主要的是EDFA引起的噪聲，通常稱為放大器自發(fā)發(fā)射（ASE）。一些DWDM系統(tǒng)能夠過濾一些“側(cè)面”噪聲（例如，當(dāng)光信號穿過濾波器組件時與信號本身相鄰的噪聲，尤其是在DWDM系統(tǒng)中）。

當(dāng)然，還有其他與光接口相關(guān)的規(guī)格和參數(shù)。然而，為了理解評估給定DCO可插拔技術(shù)與DWDM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施之間的互操作性通常需要什么，下面的列表就足夠了

表1：OIF 400ZR和OpenZR+ MSA接口的規(guī)范

驗證物理層的互操作性（例如，DCO和DWDM之間的硬件互操作性系統(tǒng)），網(wǎng)絡(luò)工程的目標(biāo)是驗證這些光接口規(guī)格是否在由ROADM或其他DWDM系統(tǒng)組成的光子層（純光層）的DWDM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施交付或支持的范圍內(nèi)，例如開放式線路系統(tǒng)。工程挑戰(zhàn)是在這些規(guī)范確實存在時考慮這些差異，并在必要時找到解決方案來補償它們以實現(xiàn)互操作性。

審核編輯黃宇