Mae system optegol gydlynol yn addas ar gyfer rhwydweithiau pellter hir

 

Mae systemau optegol cydlynol yn galluogi trosglwyddo data dros bellteroedd sy'n fwy na 1,000 cilomedr trwy fodiwleiddio osgled, cyfnod, a polareiddio golau. Mae'r systemau hyn yn defnyddio proseswyr signal digidol i wneud iawn am namau ffibr a chefnogi cyfraddau trosglwyddo o 100G i 1.6 Tbps fesul tonfedd.

 

Sut mae Systemau Optegol Cydlynol yn Gweithio

 

 

Mae systemau optegol traddodiadol yn dibynnu ar fodiwleiddio dwyster, gan droi golau ymlaen ac i ffwrdd i gynrychioli data deuaidd. Mae'r dull hwn yn cyfyngu ar drosglwyddo i tua 10 Gigabit yr eiliad ac yn brwydro â phellteroedd y tu hwnt i gannoedd o gilometrau. Mae system optegol gydlynol yn torri trwy'r cyfyngiadau hyn trwy drin eiddo lluosog tonnau golau ar yr un pryd.

Mae'r dechnoleg yn amgodio gwybodaeth ar draws tri dimensiwn: osgled (cryfder signal), cyfnod (safle tonnau), a polareiddio (cyfeiriadedd y maes electromagnetig). Drwy amrywio'r tri eiddo, mae systemau cydlynol yn pacio llawer mwy o ddata ar bob pwls golau. Gall tonfedd sengl sy'n defnyddio modiwleiddio 16-QAM amgodio 4 did y symbol, o'i gymharu â dim ond 1 did y symbol mewn byselliad diffodd traddodiadol.

Mae proseswyr signal digidol yn ffurfio calon electronig y systemau hyn. Mae'r DSP yn cyflawni swyddogaethau hanfodol lluosog: trosi rhwng signalau trydanol ac optegol, gwneud iawn am wasgariad modd cromatig a polareiddio, cywiro gwallau trosglwyddo trwy algorithmau cywiro gwallau ymlaen, a monitro perfformiad cyswllt yn barhaus. Mae gweithrediadau DSP diweddar gan ddefnyddio technoleg CMOS 3-nanomedr wedi galluogi modiwlau plygadwy cydlynol 800G sy'n ffitio mewn ffactor ffurf QSFP-DD tra'n defnyddio llai na 25 wat.

Mae canfod cydlynol yn y derbynnydd yn defnyddio laser oscillator lleol wedi'i diwnio i'r un amledd â'r signal sy'n dod i mewn. Mae'r oscillator lleol hwn yn cymysgu â'r signal a dderbynnir mewn hybrid optegol, gan gynhyrchu signal amledd canolradd sy'n cadw'r holl wybodaeth wedi'i hamgodio. Yna mae ffotosynwyryddion yn trosi'r signal cymysg hwn i'r parth trydanol, lle mae'r DSP yn ail-greu'r data gwreiddiol trwy algorithmau soffistigedig sy'n gwrthdroi'r broses amgodio ac yn gwneud iawn am afluniadau cronedig.

 

Pam Mae Rhwydweithiau Cludiad Hir yn Galw am Systemau Cydlynol

 

Mae rhwydweithiau pellter hir yn wynebu heriau unigryw sy'n gwneud technoleg gydlynol yn hanfodol. Mae'r cysylltiadau hyn fel arfer yn rhychwantu 1,000 i 10,000 cilomedr, gan gysylltu dinasoedd, gwledydd a chyfandiroedd trwy lwybrau ffibr daearol a cheblau tanfor.

Mae gwanhad signal yn cynyddu'n llinol gyda phellter. Hyd yn oed gyda ffibr colled tra isel modern yn cyflawni 0.18 dB y cilomedr, mae rhychwant o 2,000 cilomedr yn cronni 360 dB o golled. Mae mwyhaduron ffibr doped Erbium sy'n cael eu gosod bob 50-100 cilomedr yn rhoi hwb i'r signal, ond mae pob cam chwyddo yn ychwanegu sŵn sy'n diraddio'r signal i gymhareb sŵn. Mae system optegol gydlynol yn cyflawni sensitifrwydd derbynnydd 20 dB uwch o'i gymharu â systemau canfod uniongyrchol, gan ganiatáu i signalau oddef mwy o sŵn cronedig cyn bod angen adfywio optegol-trydanol-optegol drud.

Mae gwasgariad cromatig yn achosi i donfeddi golau gwahanol deithio ar gyflymder ychydig yn wahanol trwy ffibr. Dros bellteroedd hir, mae'r effaith hon yn achosi lledaeniad curiad y galon sy'n cymylu darnau cyfagos gyda'i gilydd. Mae gwasgariad modd polareiddio yn creu problemau tebyg pan fydd dau gyflwr polareiddio golau yn teithio ar gyflymder gwahanol. Roedd systemau etifeddiaeth yn gofyn am fodiwlau iawndal gwasgariad corfforol bob ychydig o gyfnodau, gan ychwanegu cost a chymhlethdod. Mae DSPs cydlynol yn trin y ddau fath o wasgariad yn y parth electronig yn unig, gan ddileu'r angen am y cydrannau optegol hyn a galluogi defnydd dros ffibr na ellid ei ddefnyddio o'r blaen.

Mae'r ddadl economaidd dros dechnoleg gydlynol yn dod yn gymhellol ar bellteroedd y tu hwnt i 200 cilomedr. Mae modiwl plygadwy cydlynol 400G ZR yn costio mwy na modiwl PAM4 cyfatebol, ond mae'n dileu safleoedd ehangu ac adfywio lluosog sy'n ofynnol gan systemau canfod uniongyrchol. Mae gweithredwyr rhwydwaith yn adrodd bod systemau cydlynol yn lleihau nifer yr adfywwyr mewnol 40-60% ar lwybrau pell, gyda phob safle adfywio a osgoir yn arbed rhwng $500,000 a $2 filiwn mewn costau offer ac eiddo tiriog.

Mae systemau pellter hir modern yn gweithredu tonfeddi lluosog ar yr un pryd gan ddefnyddio amlblecsio rhannu tonfedd trwchus. Mae system DWDM band C-nodweddiadol yn cario 80-96 sianel rhwng 50 GHz rhyngddynt. Mae effeithlonrwydd sbectrol gwell technoleg gydlynol yn caniatáu bylchu sianeli agosach heb ymyrraeth. Gall rhwydweithiau sy'n defnyddio pensaernïaeth grid hyblyg ddyrannu'r union led sbectrwm sydd ei angen ar bob sianel, gan wasgu sianeli mor agos â 37.5 GHz ar wahân a chynyddu cyfanswm capasiti ffibr 25-30% o'i gymharu â systemau grid sefydlog.

 

Pensaernïaeth Dechnegol System Optegol Gydlynol

 

Mae cyswllt cydlynol pellter hir cyflawn yn cynnwys trosglwyddydd, rhychwant ffibr, mwyhaduron mewn-lein, a chydrannau derbynnydd yn gweithio ar y cyd.

Mae'r trosglwyddydd yn dechrau gyda laser ceudod allanol tiwnadwy sy'n cynhyrchu golau cydlynol cul -linewidth, fel arfer yn y band 1550{-nanomedr C{{-). Mae Linewidth o dan 100 kHz yn sicrhau sefydlogrwydd cam dros y pellter trosglwyddo. Mae modulator IQ-mewn gwirionedd dau fodulatydd Mach nyth-Zehnder-yn rheoli cydrannau mewn-cyfnod a phedratwm y signal optegol ar wahân. Mae'r DSP yn gyrru'r modulator hwn gyda thonffurfiau trydanol siâp gofalus sy'n amgodio data gan ddefnyddio fformatau modiwleiddio fel DP-QPSK, 16-QAM, neu 64-QAM yn dibynnu ar y gyllideb gyswllt.

Mae rhychwantau ffibr ar rwydweithiau daearol fel arfer yn mesur 80-100 cilometr rhwng safleoedd mwyhaduron, wedi'u cyfyngu gan golled gronedig a'r cynnydd mwyhadur sydd ar gael. Mae systemau llong danfor yn cyflawni rhychwantau ychydig yn hirach o 100-120 cilomedr oherwydd gwell rheolaeth dros lwybro ffibr a llai o golledion cysylltwyr. Mae'r ffibr ei hun wedi esblygu'n sylweddol, gyda manylebau G.654.E yn diffinio ffibr ardal fawr effeithiol sy'n lleihau effeithiau aflinol a ffibr colled isel iawn yn cyflawni 0.16 dB y cilomedr.

Mae mwyhaduron mewnol yn rhoi hwb i'r signal bob rhychwant heb drawsnewid i'r parth trydanol. Mae mwyhaduron ffibr doped erbium yn dominyddu mewn systemau band C, gan ddarparu 20-30 dB o gynnydd. Mae L-band EDFAs yn ymestyn cynhwysedd i'r ystod nanomedr 1565-1625, tra bod pympiau ymhelaethu Raman wedi'u dosbarthu'n pŵer yn ôl trwy'r ffibr trawsyrru ei hun i sicrhau cynnydd gyda ffigurau sŵn is. Mae systemau uwch yn defnyddio ffurfweddau EDFA hybrid-Raman i wneud y gorau o'r gymhareb signal-i-sŵn ar draws y ddolen gyfan.

Mae'r derbynnydd yn adlewyrchu cymhlethdod y trosglwyddydd. Mae derbynnydd cydlynol integredig yn cynnwys laser oscillator lleol, hybrid optegol 90-gradd, ffotosynwyryddion cytbwys, a mwyhaduron traws-rhwystro. Mae trawsnewidyddion analog cyflym i ddigidol yn samplu'r signalau a ganfuwyd ar gyfraddau sy'n fwy na 100 gigasampl yr eiliad. Yna mae'r DSP yn perfformio adferiad cloc, cydraddoli dall i wneud iawn am wasgariad modd cromatig a polareiddio, adferiad cam cludwr, a datgodio cywiro gwallau ymlaen.

Mae cywiro gwallau ymlaen wedi dod yn fwyfwy soffistigedig. Mae algorithmau FEC penderfyniad meddal fel siapio cytser tebygol yn cyflawni enillion codio net o fwy na 11 dB, gan ganiatáu i signalau weithredu ar gyfraddau cyfeiliornad didau o dan 10^-15 hyd yn oed pan fo'r gyfradd gwallau cyn-FEC yn uwch na 10^-2. Daw'r codau uwch hyn ar gost gorbenion ychwanegol, fel arfer 20-27%, ond mae'r enillion perfformiad yn cyfiawnhau'r aberth capasiti hwn ar lwybrau hir.

 

Manylebau Perfformiad System Optegol Cydlynol

 

Mae systemau cydlynol cyfoes yn cyflawni manylebau trawiadol sy'n parhau i wella gyda phob cenhedlaeth dechnoleg.

Mae'r gallu trosglwyddo wedi cynyddu'n ymosodol. Trawsnewidiodd y farchnad o systemau cydlynol 100G o gwmpas 2010 i 200G erbyn 2015 a 400G erbyn 2020. Mae DSPs cydlynol y chweched genhedlaeth gyfredol yn cefnogi 800G fesul tonfedd, gyda gwerthwyr blaenllaw yn dangos 1.2 Tbps a 1.6 Tbps systemau A20 9 yn ystod treialu system maes DW 6 Tbps. mae sianeli ar 400G yn darparu 38.4 terabits yr eiliad dros un pâr ffibr. Mae ceblau llong danfor gydag 8 pâr ffibr yn cyflawni cyfanswm cynhwysedd sy'n fwy na 300 Tbps.

Mae galluoedd cyrraedd yn dibynnu ar fformat modiwleiddio a chyfradd baud. Mae modiwl 400G ZR sy'n defnyddio DP-16QAM yn cyrraedd 120 cilomedr heb ymhelaethu mewnol, sy'n addas ar gyfer rhwydweithiau metro rhanbarthol. Mae'r fanyleb 400G ZR + yn ymestyn hyn i 500 cilomedr gydag ymhelaethiad. Mae systemau pellter hir wedi'u hoptimeiddio gan ddefnyddio DP-QPSK ar gyfraddau baud is yn cyflawni pellteroedd heb eu hadfywio o 2,000-3,000 cilomedr. Mae systemau llong danfor fel arfer yn rhychwantu 6,000-10,000 cilomedr rhwng gorsafoedd glanio, gyda'r systemau cebl hiraf yn fwy na 20,000 cilomedr gan gynnwys pwyntiau glanio lluosog.

Mae effeithlonrwydd sbectrol yn mesur faint o ddata sydd gan bob uned o sbectrwm. Cyflawnodd systemau cydlynol cynnar 2-3 did yr eiliad fesul Hertz. Mae systemau modern sy'n defnyddio modiwleiddio uwch, siapio tebygol, a bylchau sianeli tynn yn cyrraedd 5-7 did/eiliad/Hz ar lwybrau daearol. Mae'r gwelliant effeithlonrwydd hwn yn golygu y gall rhwydweithiau uwchraddio capasiti heb osod ffibr ychwanegol, mantais hollbwysig pan fydd gosod ffibr yn costio $50,000-$150,000 y cilometr mewn ardaloedd trefol.

Mae defnydd pŵer wedi gostwng yn ddramatig hyd yn oed wrth i berfformiad wella. Roedd cardiau llinell cydlynol cenhedlaeth gyntaf yn defnyddio 300-500 wat ar gyfer capasiti 100G, neu 3-5 wat fesul gigabit. Mae modiwlau plygio 400G cyfredol yn defnyddio 15-20 wat, gan gyflawni 50-80 miliwat fesul gigabit. Mae'r gwelliant 50-plyg hwn mewn effeithlonrwydd pŵer yn lleihau costau gweithredu a gofynion oeri yn y ddwy ystafell offer rhwydwaith ac ailadroddwyr llong danfor lle mae pŵer trydanol wedi'i gyfyngu'n ddifrifol.

Mae hwyrni trwy systemau cydlynol yn ychwanegu ychydig iawn o orbenion o'i gymharu â chyflymder sylfaenol golau mewn ffibr. Mae'r prosesu DSP yn cyfrannu 50-200 microseconds o hwyrni yn dibynnu ar weithrediad. Ar gyswllt 3,000-cilometr lle mae'r oedi lluosogi sylfaenol yn 15 milieiliad, mae hyn yn cynrychioli dim ond 0.3-1.3% uwchben. Mae gweithrediadau uwch yn cyflawni amrywiad hwyrni o dan 10 nanoseconds, sy'n hanfodol ar gyfer masnachu ariannol a chymwysiadau blaen 5G.

 

Senarios Defnyddio ac Achosion Defnydd

 

Mae systemau cydlynol pellter hir yn gwasanaethu sawl segment rhwydwaith gwahanol, pob un â gofynion penodol.

Rhwydweithiau craidd daearol yw asgwrn cefn sy'n cysylltu ardaloedd metropolitan mawr. Mae darparwyr gwasanaeth fel AT&T, Verizon, a China Telecom yn gweithredu'r rhwydweithiau hyn i agregu traffig o rwydweithiau metro a darparu cysylltedd ledled y wlad. Mae llwybrau fel arfer yn rhychwantu 1,000-2,500 cilomedr rhwng dinasoedd mawr, gyda mannau gollwng canolraddol gan ddefnyddio amlblecswyr adio-gostyngiad optegol y gellir eu hailgyflunio. Mae system optegol gydlynol ar y llwybrau hyn yn aml yn defnyddio tonfeddi 400G gyda chynlluniau i uwchraddio i 800G wrth i draffig dyfu. Mae gweithredwyr rhwydwaith yn gwerthfawrogi rhaglenadwyedd trosglwyddyddion cydlynol, a all addasu fformat modiwleiddio a chyfradd baud i wneud y gorau o gapasiti yn erbyn cyrhaeddiad yn seiliedig ar amodau ffibr gwirioneddol.

Systemau cebl tanfor yw'r gosodiadau cydlynol mwyaf heriol. Mae ceblau transoceanic modern yn cyflawni cyfanswm hyd 15,000-20,000 cilomedr gyda phwyntiau glanio lluosog. Mae'r cebl MAREA sy'n cysylltu Virginia â Sbaen yn rhychwantu 6,600 cilomedr ac yn darparu capasiti 200 Tbps gan ddefnyddio sianeli cydlynol 100G. Mae systemau mwy newydd a ddefnyddir yn 2024-2025 yn defnyddio tonfeddi 400G ac 800G i gyrraedd capasiti 500+ Tbps. Mae'r systemau hyn yn gofyn am ddibynadwyedd eithriadol gydag amser cymedrig rhwng methiannau o fwy na 25 mlynedd, gan fod atgyweiriadau tanfor yn costio $1-3 miliwn fesul digwyddiad a gall gymryd misoedd i'w gwblhau mewn dŵr dwfn. Mae ailadroddwyr sydd bob 50-80 cilomedr yn gweithredu heb waith cynnal a chadw ers degawdau.

Mae rhyng-gysylltiadau canolfan ddata yn mabwysiadu technoleg gydlynol yn gynyddol wrth i hyperscalers adeiladu rhwydweithiau preifat i gysylltu eu cyfleusterau byd-eang. Mae Meta, Google, Amazon, a Microsoft gyda'i gilydd yn gweithredu miloedd o gilometrau o-haul ffibr hir sy'n rhyng-gysylltu dwsinau o gampysau canolfannau data. Mae'r rhwydweithiau hyn yn rhoi blaenoriaeth i hwyrni isel a chapasiti enfawr dros effeithlonrwydd cost. Mae cysylltiadau rhanbarthol o 200-500 cilomedr yn defnyddio 400G ZR+ pluggables wedi'u hintegreiddio'n uniongyrchol i lwybryddion a switshis, gan ddileu silffoedd trawsatebwr ar wahân. Mae llwybrau asgwrn cefn hirach yn defnyddio systemau cydlynol sefydledig perfformiad uwch gyda thonfeddi 800G i 1.6 Tbps.

Mae rhwydweithiau ymchwil ac addysg yn darparu sector lleoli sylweddol arall. Mae sefydliadau fel Internet2 yn yr Unol Daleithiau a GÉANT yn Ewrop yn gweithredu rhwydweithiau pellter hir sy'n cefnogi cysylltedd prifysgolion a sefydliadau ymchwil. Arloesodd y rhwydweithiau hyn lawer o fabwysiadu technoleg gydlynol, gan ddarparu gwelyau prawf ar gyfer fformatau modiwleiddio newydd a galluoedd rhwydweithio diffiniedig gan feddalwedd. Mae angen y gymuned wyddonol am drosglwyddiadau set ddata enfawr-arbrofion ffiseg gronynnau yn cynhyrchu petabytes y dydd{7}}yn ysgogi uwchraddio gallu parhaus.

 

 

Twf y Farchnad a Sbardunau Economaidd

 

Mae'r farchnad offer optegol cydlynol yn dangos twf cryf wedi'i ysgogi gan alw anniwall am led band.

Cyrhaeddodd maint y farchnad $16.9-28.8 biliwn yn 2024 yn dibynnu ar union ddiffiniad y farchnad, gyda rhagamcanion yn dangos twf i $29.7-51.4 biliwn erbyn 2032-2033. Mae hyn yn cynrychioli cyfraddau twf blynyddol cyfansawdd o 5.3-12.4%, gyda chyfraddau twf uwch mewn segmentau sydd wedi'u diffinio'n fwy cyfyng fel talcenni plygio cydlynol. Mae'r amrywiad mewn amcangyfrifon yn adlewyrchu gwahanol ddulliau methodolegol o ddiffinio ffiniau'r farchnad, ond mae pob dadansoddiad yn cytuno ar dwf digid dwbl cryf.

Mae traffig rhyngrwyd yn parhau i ehangu esbonyddol, gan gynyddu 25-30% bob blwyddyn yn ôl dadansoddiad Cisco. Mae ffrydio fideo yn cyfrif am dros 82% o draffig rhyngrwyd defnyddwyr, gyda 4K a fformatau 8K sy'n dod i'r amlwg yn gofyn am 15-45 Mbps fesul ffrwd. Mae hapchwarae cwmwl, rhith-realiti, a chymwysiadau metaverse sy'n dod i'r amlwg yn galw am led band uchel parhaus gyda hwyrni isel. Fe wnaeth y newid i waith o bell yn ystod 2020-2022 gynyddu traffig fideo-gynadledda busnes yn barhaol a defnydd gwasanaeth cwmwl.

Mae cyflwyno rhwydwaith 5G yn creu gofynion lled band enfawr ar ymylon rhwydwaith ac mewn seilwaith ôl-gludo. Gall un safle cell 5G gynhyrchu 10-100 Gbps o draffig yn ystod cyfnodau brig, sy'n gofyn am gludiant optegol cydlynol i agregu'r traffig hwn tuag at y rhwydwaith craidd. Roedd cysylltiadau 5G byd-eang yn fwy na 1.5 biliwn yn 2024 a byddant yn cyrraedd 5.9 biliwn erbyn 2028, gan yrru twf cyfatebol mewn gallu trafnidiaeth optegol.

Mae ehangu canolfannau data yn tanio galw cydlynol am offer wrth i hyperscalers adeiladu seilwaith cyfrifiadurol gwasgaredig i gefnogi hyfforddiant deallusrwydd artiffisial a chasgliad. Mae hyfforddi modelau iaith mawr yn gofyn am brosesu cyfochrog ar draws degau o filoedd o GPUs sy'n rhyng-gysylltiedig â rhwydweithiau lled band hynod -uchel-. Buddsoddodd gweithredwyr canolfannau data dros $200 biliwn mewn gwariant cyfalaf yn ystod 2024, gyda rhyng-gysylltiadau optegol yn cynrychioli 8-12% o'r gwariant hwn.

Nid yw mudo gwasanaeth cwmwl yn dangos unrhyw arwyddion o arafu. Cyflymodd mudo llwyth gwaith menter i lwyfannau cwmwl yn ystod y pandemig ac mae'n parhau wrth i sefydliadau gofleidio pensaernïaeth hybrid ac aml-cwmwl. Mae'r newid strwythurol hwn yn canolbwyntio traffig mewn rhwydweithiau darparwyr cwmwl mawr, sydd i gyd yn dibynnu'n helaeth ar systemau optegol cydlynol pellter hir i ryng-gysylltu eu seilwaith a ddosberthir yn fyd-eang.

Mae ehangu seilwaith rhyngrwyd yn ddaearyddol yn ysgogi defnydd cydlynol mewn rhanbarthau sy'n datblygu. Mae De-ddwyrain Asia, Affrica ac America Ladin yn adeiladu gorsafoedd glanio ceblau tanfor a rhwydweithiau pellter hir i wella cysylltedd rhanbarthol. Mae buddsoddiadau cebl tanfor yn y rhanbarthau hyn yn fwy na $5 biliwn y flwyddyn, gyda'r rhan fwyaf o systemau newydd yn defnyddio technoleg gydlynol o'r cychwyn cyntaf yn hytrach nag uwchraddio o systemau etifeddol.

 

Tirwedd Cystadleuol a Gwerthwyr Allweddol

 

Mae'r farchnad offer optegol cydlynol yn cynnwys cymysgedd o werthwyr offer telathrebu sefydledig a chyflenwyr cydrannau optegol arbenigol.

Arloesodd Ciena systemau cydlynol masnachol gyda chyflwyno technoleg 40G gydlynol yn 2008 ac mae wedi cynnal arweinyddiaeth dechnoleg trwy genedlaethau WaveLogic olynol. Mae platfform WaveLogic 6 a gyhoeddwyd yn 2024 yn cyflawni 1.6 Tbps y donfedd ac yn pweru cardiau llinell wedi'u mewnosod a modiwlau plygadwy. Mae gan Ciena gyfran o tua 18-22% o'r farchnad mewn systemau trafnidiaeth optegol cydlynol.

Mae platfform Peiriant Gwasanaeth Ffotonig (PSE) Nokia yn gwasanaethu cymwysiadau daearol a llongau tanfor. Mae cryfder y cwmni o ran dylunio ac integreiddio rhwydwaith yn ategu ei bortffolio technoleg cydlynol. Mae Nokia yn tra-arglwyddiaethu'n arbennig mewn systemau llong danfor, ar ôl dylunio neu gyflenwi terfynellau llinellau optegol ar gyfer dros 70% o'r prosiectau cebl tanfor newydd a ddyfarnwyd yn ystod 2022-2024.

Huawei sy'n cynnal y gyfran gyffredinol fwyaf o'r farchnad ar 25-30% yn fyd-eang, er bod ei safle'n amrywio'n sylweddol fesul rhanbarth oherwydd ffactorau geopolitical. Mae ymagwedd integredig y cwmni at seilwaith rhwydwaith a systemau optegol yn apelio at weithredwyr sy'n chwilio am atebion gwerthwr sengl. Mae platfform OptiXtrans Huawei yn cefnogi tonfeddi 400G i 1.6 Tbps ar draws cymwysiadau metro, rhanbarthol a chludiant hir.

Mae Infinera yn canolbwyntio'n gyfan gwbl ar rwydweithio optegol ac mae wedi arloesi integreiddio fertigol cydrannau optegol. Mae'r cwmni'n cynhyrchu ei gylchedau integredig ffotonig ei hun, gan gyfuno swyddogaethau optegol lluosog ar un sglodyn i leihau costau a gwella perfformiad. Mae technoleg gydlynol ICE6 Infinera yn cefnogi tonfeddi 800G ac yn targedu marchnadoedd darparwyr gwasanaeth a chanolfannau data.

Ymunodd Cisco â'r farchnad gydlynol trwy gaffael Acacia Communications yn 2021, gan ennill-diwydiant technoleg DSP gydlynol blaenllaw. Mae dull ffotoneg silicon Acacia yn galluogi gweithgynhyrchu modiwlau cydlynol o gyfaint uchel, cost isel. Mae Cisco yn integreiddio'r modiwlau hyn i'w lwyfannau llwybro, gan greu datrysiadau IP sydd wedi'u cysylltu'n dynn dros{7}}DWDM sy'n boblogaidd gyda gweithredwyr canolfannau data ar raddfa we.

Mae'r segment modiwl cydlynol pluggable yn dangos gwahanol ddeinameg cystadleuol. Mae Marvell yn cyflenwi sglodion DSP a ddefnyddir mewn dros 40% o fodiwlau plygadwy cydlynol, gan weithredu fel darparwr silicon masnachol i weithgynhyrchwyr modiwlau lluosog. Mae Coherent Corp (II-VI gynt), Lumentum, a Broadcom yn cynhyrchu modiwlau cyflawn gan ddefnyddio gwahanol gyflenwyr ffotoneg DSP a silicon. Daeth NeoPhotonics, a gaffaelwyd gan Broadcom yn 2022, â galluoedd cryf mewn laserau tiwnadwy ac integreiddio ffotonig.

Mae gwerthwyr Tsieineaidd sy'n dod i'r amlwg gan gynnwys HiSilicon, ZTE, a Fiberhome yn ennill cyfran mewn lleoliadau Tsieineaidd domestig wrth i'r wlad ddilyn annibyniaeth technoleg. Mae'r gwerthwyr hyn yn elwa o gefnogaeth sylweddol y llywodraeth ar gyfer datblygu technoleg optegol gynhenid ​​a mynediad ffafriol i farchnad ddomestig enfawr Tsieina.

 

Esblygiad Technoleg a Chyfeiriadau'r Dyfodol

 

Mae technoleg optegol gydlynol yn parhau i esblygu'n gyflym ar draws dimensiynau lluosog.

Mae datblygiad fformat modiwleiddio yn gwthio effeithlonrwydd sbectrol yn uwch wrth reoli cymhlethdod. Mae siapio cytser tebygol yn gwneud y gorau o ddosbarthu symbolau a drosglwyddir i gydweddu cynhwysedd sianel yn agosach, gan gyflawni 0.5-1.5 dB gwell perfformiad na fformatau cytser unffurf. Mae siapio geometrig yn addasu lleoliad pwynt cytser yn hytrach na thebygolrwydd symbolau, gan gynnig enillion tebyg gyda chymhlethdod gweithredu is. Mae systemau ymchwil wedi dangos 256-QAM a fformatau lefel uwch, er mai anaml y mae gosodiadau ymarferol yn fwy na 64-QAM oherwydd sensitifrwydd sŵn.

Mae technoleg subcarrier digidol yn rhannu pob tonfedd yn is-gludwyr culach lluosog, pob un â modiwleiddio a chodio annibynnol. Mae'r dull hwn yn symleiddio cydraddoli, yn galluogi gronynnedd capasiti manylach, ac yn gwella goddefgarwch i nonlinearity ffibr. Mae systemau sy'n defnyddio 2-8 is-gludwr fesul tonfedd wedi dechrau cael eu defnyddio'n fasnachol, gydag arddangosiadau ymchwil yn dangos buddion hyd at 16 o is-gludwyr.

Mae amlblecsio rhaniad gofodol yn cynrychioli'r ffin nesaf ar gyfer graddio cynhwysedd. Mae ffibr aml-graidd yn gosod 4-12 craidd ar wahân o fewn cladin ffibr sengl, gan luosi cynhwysedd yn gymesur. Mae rhubanau ffibr wedi'u dadfwndelu yn cyflawni buddion tebyg gyda ffibr craidd sengl confensiynol. Ychydig{10}}ffibr modd sy'n cynnal 3-6 modd gofodol fesul craidd, er bod cyplu modd yn creu heriau cyfartalu. Mae gosodiadau masnachol yn parhau i fod yn gyfyngedig i gymwysiadau arbenigol, ond gall systemau llong danfor sy'n cael eu defnyddio ar ôl 2025 fabwysiadu ffibr aml-graidd i wneud y mwyaf o gynnyrch pellter gallu.

Mae ehangu sbectrol y tu hwnt i'r band C yn ychwanegu capasiti gan ddefnyddio seilwaith ffibr presennol. Mae systemau bandiau C+L yn gweithredu ar draws 10{5}}11 THz o sbectrwm o 1530-1625 nanometr, gan ddyblu cyfrif y sianel o gymharu â systemau band C yn unig. Mae'r band S (1460-1530 nanometr) yn cynnig 7 THz arall o sbectrwm, er bod technoleg mwyhadur yn parhau i fod yn llai aeddfed. Mae ymchwil wedi dangos trosglwyddiad ar draws 16 THz o fandiau S+C+L cyfun, cynhwysedd pedair gwaith o gymharu â band C yn unig.

Mae rhwydweithio diffiniedig gan feddalwedd a dadgyfuno rhwydwaith yn ail-lunio sut mae gweithredwyr yn defnyddio ac yn rheoli systemau cydlynol. Mae systemau llinell agored yn gwahanu caledwedd terfynell llinell optegol oddi wrth feddalwedd rheoli, gan alluogi rhyngweithrededd gwerthwyr lluosog. Mae menter OOPT (Open Optical Packet Transport) y Telecom Infra Project yn diffinio APIs agored ar gyfer rheoli trosglwyddyddion cydlynol. Mae'r datblygiadau hyn yn lleihau cloi gwerthwyr i mewn ac yn galluogi gweithredwyr i wneud y gorau o gapasiti-gyrraedd cyfaddawdau yn ddeinamig yn seiliedig ar batrymau traffig gwirioneddol.

Mae deallusrwydd artiffisial a dysgu peiriant yn dod o hyd i gymwysiadau mewn optimeiddio systemau cydlynol. Gall algorithmau AI ragfynegi'r fformatau modiwleiddio gorau posibl a phwerau lansio yn seiliedig ar-amodau ffibr amser real, gan wella capasiti 5-15% o gymharu â ffurfweddau statig. Mae modelau dysgu peirianyddol yn canfod patrymau diraddio cynnil yn ansawdd y signal a dderbynnir, gan alluogi cynnal a chadw rhagfynegol sy'n atal-rhwygo methiannau gwasanaeth. Mae optimeiddio rhwydwaith cyfan gan ddefnyddio dysgu atgyfnerthu yn gwneud y mwyaf o gyfanswm trwybwn rhwydwaith tra'n parchu cyfyngiadau cyswllt unigol.

Bydd cyfathrebu cwantwm a phost-cryptograffeg cwantwm yn dylanwadu ar ddyluniad system gydlynol yn y dyfodol. Gall systemau dosbarthu allweddol cwantwm redeg ochr yn ochr â sianeli cydlynol clasurol ar yr un ffibr, er bod eu lefelau pŵer hynod o isel yn gofyn am reolaeth crosstalk ofalus. Mae angen pŵer cyfrifiannol uwch ar algorithmau cryptograffig cwantwm postio, a gallai fod angen DSPs mwy galluog mewn systemau yn y dyfodol i berfformio amgryptio a dadgryptio ar gyfradd llinell.

 

Heriau ac Atebion Gweithredu

 

Mae defnyddio systemau pellter cydlynol yn golygu llywio sawl her dechnegol a gweithredol.

Mae amrywioldeb planhigion ffibr yn creu ansicrwydd ym mherfformiad y system. Mae ffibr a osodwyd yn y 1990au a dechrau'r 2000au yn dangos colled uwch, amrywiad llethr gwasgariad, a cholled ddibynnol polareiddio o gymharu â ffibr modern. Anaml y mae gan weithredwyr nodweddiad cywir o'u planhigyn ffibr cyfan, gan ei gwneud yn anodd cynllunio cynhwysedd. Mae'r atebion yn cynnwys systemau profi awtomataidd sy'n mesur paramedrau ffibr yn barhaus a throsglwyddyddion addasol sy'n addasu eu dull gweithredu yn seiliedig ar amodau cyswllt gwirioneddol.

Mae gweithredwyr rhwydwaith yn wynebu penderfyniadau uwchraddio heriol sy'n cydbwyso anghenion capasiti, aeddfedrwydd technoleg, a chyfyngiadau cyllidebol. Mae uwchraddio o systemau 100G i 400G yn darparu capasiti 4 × ond mae angen buddsoddiad mewn offer terfynell newydd. Mae'r demtasiwn i aros am dechnoleg 800G yn creu parlys cynllunio a all adael rhwydwaith yn orlawn. Mae ymagweddau pragmatig yn cynnwys uwchraddio detholus ar lwybrau tagfeydd tra'n cynnal systemau capasiti is ar lwybrau ysgafn. Mae parodrwydd gwerthwyr i gynnig capasiti-ar{10}}trwyddedu galw-lle mae llongau caledwedd â gallu 400G ond wedi'i actifadu i ddechrau ar 100G neu 200G-yn helpu i reoli risg.

Mae rhyngweithrededd rhwng offer gwerthwr yn parhau i fod yn amherffaith er gwaethaf ymdrechion safoni. Mae manylebau OIF 400ZR a 800ZR yn diffinio modiwlau plygadwy rhyngweithredol, ond mae gwerthwyr yn gweithredu nodweddion dewisol yn wahanol. Mae angen dilysu swyddogaethau uwch fel dosbarthu amseriad rhwydwaith a chymorth tonfedd estron yn ofalus. Mae gweithredwyr darbodus yn cynnal cyfleusterau prawf sy'n gwirio rhyngweithredu cyn defnyddio cynhyrchiad, ac mae llawer yn defnyddio parau gwerthwyr cyfatebol ar bwyntiau terfyn cyswllt hyd yn oed wrth ddefnyddio rhyngwynebau sy'n cydymffurfio â safonau.

Mae cyfyngiadau pŵer ac oeri mewn cyfleusterau rhwydwaith yn cyfyngu ar y defnydd o systemau gallu uchel. Gall system tonfedd drwchus sydd wedi'i chyfarparu'n llawn ddefnyddio 10-20 cilowat y rhesel, sy'n fwy na chapasiti cyflenwi pŵer llawer o swyddfeydd canolog hŷn. Ni all systemau oeri sydd wedi'u cynllunio ar gyfer offer pŵer is drin y llwyth gwres. Mae uwchraddio cyfleusterau i gefnogi offer cydlynol modern yn costio $500,000-$2 filiwn fesul safle, weithiau'n fwy na chost yr offer optegol ei hun.

 

Cwestiynau Cyffredin

 

Beth yw'r pellter mwyaf ar gyfer systemau optegol cydlynol?

Mae uchafswm pellter heb ei adfywio yn dibynnu ar fformat modiwleiddio a chyfradd llinell. Gall systemau sy'n defnyddio modiwleiddio DP-QPSK gyrraedd 2,000-3,000 cilometr heb adfywiad optegol. Mae systemau llong danfor yn gweithredu fel mater o drefn dros 6,000-10,000 cilomedr rhwng pwyntiau adfywio gan ddefnyddio DSP optimized a FEC uwch. Mae'r ceblau llong danfor hiraf yn fwy na 20,000 cilomedr o un pen i'r llall ond maent yn cynnwys safleoedd adfywio canolradd.

Sut mae technoleg gydlynol yn cymharu â modiwleiddio PAM4?

Mae modiwleiddio PAM4 yn cynnig cost is a defnydd pŵer ar gyfer pellteroedd o dan 100 cilomedr, gan ei gwneud yn ddelfrydol ar gyfer rhyng-gysylltiadau canolfan ddata. Mae technoleg gydlynol yn costio mwy ond mae'n darparu cyrhaeddiad uwch ac effeithlonrwydd sbectrol ar gyfer pellteroedd sy'n fwy na 200 cilomedr. Mae'r pwynt croesi yn dibynnu ar ofynion cyswllt penodol, ond mae angen technoleg gydlynol ar y rhan fwyaf o gymwysiadau pellter hir y tu hwnt i 500 cilomedr i gyflawni cymhareb signal i sŵn digonol.

Pa fformatau modiwleiddio y mae systemau cydlynol modern yn eu defnyddio?

Mae fformatau cyffredin yn cynnwys DP{0}}QPSK (4 did y symbol) ar gyfer cyrhaeddiad mwyaf, DP-16QAM (8 did y symbol) ar gyfer perfformiad cytbwys, a DP-64QAM (12 did y symbol) ar gyfer cynhwysedd mwyaf ar bellteroedd byrrach. Mae systemau uwch yn defnyddio siapio cytser tebygol i optimeiddio dosbarthiad symbolau. Mae'r fformat gorau posibl yn dibynnu ar bellter cyswllt, ansawdd ffibr, a gofynion gallu, gyda llawer o systemau'n gallu newid fformatau yn ddeinamig.

A all systemau cydlynol uwchraddio gweithfeydd ffibr presennol?

Mae technoleg gydlynol yn gweithio gyda ffibr a osodwyd yn y 1990au ac yn ddiweddarach, hyd yn oed pan ddyluniwyd y ffibr hwnnw'n wreiddiol ar gyfer systemau 2.5G neu 10G. Mae'r DSP yn gwneud iawn am effeithiau gwasgariad cromatig a polareiddio yn electronig, gan ddileu'r modiwlau iawndal gwasgariad sy'n ofynnol gan systemau etifeddiaeth. Mae'n bosibl y bydd ffibr hen iawn o'r 1980au yn colli'n ormodol neu'n dibynnu ar bolareiddio, gan gyfyngu ar y gallu i'w ddefnyddio, ond mae'r rhan fwyaf o ffibrau masnachol o 1995 ymlaen yn cefnogi trawsyriant cydlynol modern.

Cynyddodd capasiti rhwydwaith 25-30% yn flynyddol o 2020-2024, wedi'i ysgogi gan ffrydio fideo, gwasanaethau cwmwl, a gwaith o bell. Parhaodd prosiect darparwyr gwasanaeth o 20-25% o dwf blynyddol trwy 2028, gyda chymwysiadau AI o bosibl yn cyflymu hyn ymhellach. Mae'r trawsnewid o systemau cydlynol 100G i 400G wedi'i gwblhau i raddau helaeth ar brif lwybrau, gyda gosodiadau 800G yn dechrau yn 2024-2025.

Mae systemau optegol cydlynol wedi trawsnewid galluoedd rhwydwaith pellter hir yn sylfaenol dros y 15 mlynedd diwethaf. Mae gallu'r dechnoleg i drosglwyddo 100G i 1.6 Tbps dros filoedd o gilometrau gyda chost gostyngol fesul tamaid yn galluogi'r cysylltedd byd-eang y mae cymwysiadau modern yn ei fynnu. Wrth i ofynion lled band barhau â'u twf di-baid, bydd y system optegol gydlynol yn parhau i fod yn seilwaith hanfodol i gefnogi'r economi ddigidol.