光网络行业的技术革新 z* M: @, T% p# G) H; _# A
光网络行业正在经历一次技术革新，这次革新由400G相干可插拔模块推动。这些模块最初是为超大规模数据中心间高达120公里的互连而开发的OIF 400ZR标准。通过增强前向纠错编码和改进色散补偿，400G OpenZR+ MSA将传输距离扩展到120公里以外，使这些解决方案在城域和区域服务提供商网络中具有很强的吸引力[1]。- Y5 X6 p8 i: D5 F6 b3 N5 z
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高功率QSFP-DD模块的突破
! _$ E9 H$ H( B* n高功率QSFP-DD模块的推出，如Acacia的Bright 400ZR+ QSFP-DD，其光发射功率比标准400ZR高出至少十倍，代表了另一项重要进展。这些模块能够在使用可重构光分插复用器（ROADM）节点的现有和新建城域/区域网络中部署。
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图1：展示了在具有ROADM节点的城域/区域网络中400G相干可插拔模块的应用，说明了路由器和ROADM基础设施之间的互连。
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4 h' I/ y. a. ]. f, N; E7 O+ NROADM技术优势
- z- S/ W1 b' V+ o+ H) U# w, mROADM提供选择性波长添加/删除功能，无需对直通信道进行光-电-光转换。基于波长选择开关技术的ROADM架构比需要手动重新配置的固定光分插解决方案具有显著的运营优势。" l! Q0 b8 @8 \$ t! l7 X- W/ Q( g6 b' ~
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这些系统与终端DWDM设备和放大线路系统协同工作。保持最佳的总体光信噪比性能需要在DWDM波段上保持特定的发射光功率水平和均匀性。新型400G相干可插拔QSFP-DD模块的高功率特性使其能够在ROADM架构中与现有波长业务一起部署。; X+ f) @5 |1 P2 j
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$ h( i' d% W: U图2：展示了Bright 400ZR+ QSFP-DD模块在新部署和现有DWDM传输/转发器终端设备场景中的实施方式。0 n- q: K$ T3 z- y
2 G( p+ i9 b. B$ @' Q5 p) d0 ~ k网络架构中的挑战与解决方案! n" g1 q( U4 l$ t+ d1 u: q
虽然点对点IP-over-DWDM架构可以与标准400ZR或OpenZR+模块良好工作，但当业务需要通过传统ROADM基础设施时会出现挑战。这在实现与现有DWDM传输设备的叠加或将路由器端口波长插入不同供应商的线路系统时尤为重要。+ V/ I/ ?( K0 I+ D5 U0 {
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图3：标准400ZR/ZR+模块（-10dBm输出）与Bright 400ZR+波长的比较，展示后者如何确保ROADM/线路系统应用中的信道功率均匀性。6 K0 x1 }' I$ j* c
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无色复用技术的应用
, Q) X$ O0 P8 @许多ROADM架构采用无色复用，使用无源光组合器将单个波长合并而不进行滤波。为了最小化这些系统中的串扰，最大化每个波长的发射机光信噪比十分必要。可调谐光学滤波器（TOF）可以减少可能影响附近信道的激光器放大自发辐射噪声。6 F# y1 ?7 L. t/ R' K$ r$ ^* |
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& t/ Y4 _8 m* L- \% E图4：展示了具有内部光放大的相干模块中TOF的优势，比较了多个信道通过无色复用器时有无TOF的性能。0 |$ l S' k$ p* S" n$ j$ A
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技术整合与未来发展
" u4 L* R! k9 n u$ h. u- M2 ^: r新一代高功率QSFP-DD模块，以Acacia的Bright 400ZR+解决方案为例，提供至少+1dBm的光功率。这一进步使400G相干可插拔模块能够在现有和新建ROADM网络架构中得到更广泛的部署。该模块利用3D硅化技术将多个组件集成在紧凑的QSFP-DD外形中，包括带TOF的硅基光电子集成线路、相干DSP、高速组件和光放大器。+ V* z! W. V9 e! A6 P' t
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除了支持可互操作的OpenZR+和Open ROADM模式外，这些模块还可以汇聚4x100GbE客户端业务，并支持OTN传输应用的FlexO映射。能够提供比标准400ZR模块高出至少十倍的光发射功率，使服务提供商和超大规模数据中心运营商能够在基于ROADM的光网络架构中充分利用400G可插拔模块。1 f; E) J( N; |- l& u g5 ]
1 O6 F! \- Y, |# ~相干光技术的演进表明，光电子集成和封装技术的持续创新能够扩大可插拔模块的应用范围，同时保持标准化外形的优势。随着网络继续增长和发展，这些高功率可插拔解决方案为运营商在现有和新基础设施投资中部署高速连接提供了更大的灵活性。* j2 U* a. C2 L7 \; ?9 x
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参考文献% M: J2 j8 y& K& z5 `
[1] E. Park, "Brightening ROADM Networks," Acacia Communications Blog, Dec. 6, 2022. [Online]. Available: https://acacia-inc.com/blog/brightening-roadm-networks/ [Accessed: Dec. 1, 2024]( F' w3 j' a" s/ Z
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& U$ J8 O6 m2 r- k% Q5 N深圳逍遥科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家专注于半导体芯片设计自动化（EDA）的高科技软件公司。我们自主开发特色工艺芯片设计和仿真软件，提供成熟的设计解决方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分别针对光电芯片、微机电系统、超透镜的设计与仿真。我们提供特色工艺的半导体芯片集成电路版图、IP和PDK工程服务，广泛服务于光通讯、光计算、光量子通信和微纳光子器件领域的头部客户。逍遥科技与国内外晶圆代工厂及硅光/MEMS中试线合作，推动特色工艺半导体产业链发展，致力于为客户提供前沿技术与服务。
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