Передача канала 40G по одному волокну

В настоящее время широкое распространение получили 40G QSFP+ модули, изготовленные в соответствии со стандартами IEEE 802.3ba-2010.

В стандарте описаны несколько вариантов физических интерфейсов SR4, LR4 (ER4 в стандарте не описан), которые гарантируют дальность передачи на 100м, 10км и 40км соответственно по паре (SR4 8 шт) оптических волокон.

Модули SR4 используются в основном для передачи данных на небольшие расстояния в пределах стойки или серверной, так как используют в качестве среды передачи 4 пары многомодовых оптических волокон. Если же требуется передача на расстояние более 100 метров, возможно применение LR4 и ER4 модулей, работающих по одномодовому волокну.

Особенности приемопередатчиков для 40G, ограничивающие их сферу применения:

• во-первых, рабочие волны не входят в спектр усиления EDFA, поэтому дальность передачи таких каналов ограничена бюджетом мощности модуля (10 и 40 км),

• во-вторых, данные модули имеют разнесенные тракты приема и передачи (используется 2 или 8 волокон).

Для начала рассмотрим структурную схему QSFP+ LR4 (ER4) модулей. Модуль представляет из себя 4 приемо/передатчика использующих стандартные для CWDM длины волн: 1271, 1291, 1311 и 1331 нм, как показано на схеме. По каждой линии идет работа на скорости 10G, а при помощи мультиплексора 4 сигнала объединяются/разделяются, как показано на схеме ниже:

 

 

Данное решение позволяет организовать работу по паре волокон, а выбранные длины волн из второго окна прозрачности ограничивают дальность передачи до 40 км.

Рассмотрим несколько вариантов, позволяющие обойти эти ограничения и позволяющие передавать 40G каналы через одно волокно на расстояния 40 км и более.

Задача 1. Передача канала 40G по 1-му волокну на расстояние менее 40км.

Первое решение позволяет перейти к одноволоконому режиму, за счет использования пассивного оптического циркулятора, который поворачивает плоскость поляризации передающих длин волн на 90 градусов относительно принимаемых волн. На картинке ниже, показан принцип распространения перпендикулярно-поляризованных волн.

Таким образом, тракты передачи и приема становятся независимыми и могут работать по одному волокну не оказывая взаимное влияние на передающие и принимающие элементы QSFP модуля.

Схема с применением циркулятора, решает задачу передачи каналов по одному волокну, но проблема с дальностью передачи остается открытой, поэтому если затухания в линии не превышают значения бюджета мощности модуля, то на таком решении можно остановиться.

Особое внимание нужно обратить на полосу пропускания оптического циркулятора, так как не все модели могут обеспечить работу в достаточно широком спектральном диапазоне, так же оптические циркуляторы вносят собственное затухание, которое следует учитывать при проектировании системы.

Задача 2.1. Передача канала 40G по 1-му волокну на расстояние от 40-120км с использованием карт транспондера

Данную задачу можно решить с помощью преобразования клиентских сигналов 40G в 4х10G.

В качестве такого преобразователя может использоваться «Гидра» или так называемые DAC/AOC breakout кабели.

На одной стороне кабеля 40G QSFP+ интерфейс, а на второй стороне 4 модуля SFP+ 10G.

Для подключения к DWDM мультиплексору применяем карту транспондера (OEO), позволяющую преобразовать входящие 10G клиентские интерфейсы в 10G интерфейсы с длинами волн из сетки DWDM, которые уже будут передаваться в линию.

На картинке показан принцип преобразования каналов от QSFP+ в DWDM. Заметьте, что в данной реализации используется не пара трансиверов QSFP+, а модуль форм-фактора Breakout - QSFP-40G-4xSFP+, который с одной стороны имеет стандартный QSFP формат (вставляется в клиентское оборудование), а на другом конце имеет четыре модуля 10G (вставляются в карту транспондера).

Карта транспондера выполняет функцию 3R регенерации, что позволяет передать каналы по одному ОВ по трасе до 70 км, за счет большего бюджета мощности DWDM SFP+ модулей.

Схема Реализации Решения

В тех случаях, когда протяжённость трассы составляет более чем 70 км, бюджета мощность SFP+ модулей может не хватит, чтобы «прострелить» пролет. Требуется использовать EDFA усилители.

На схеме ниже показан пример пролета длиной 120 км, обратите внимание, что тракты приема и передачи разделены с помощью Red/Blue фильтров и отдельной пары Mux\DeMux, это необходимо для правильного включения EDFA усилителей, компенсаторы хроматической дисперсии используются для устранения накопленной дисперсии в каналах, так как длина линии свыше 80км. 

    

Задача 2.2. Передача канала 40G по 1-му волокну на расстояние от 40-120км с использование карт мукспондера

Задача аналогична предыдущий, но решение строиться на другой карте – карте мукспондера. В отличии от Транспондера, у которого на клиентскую сторону приходят четыре отдельных потока данных по 10G,  у мукспондера на клиентской стороне устанавливается стандартный модуль QSFP+ 40G, разделение на отдельные физические потоки и перераспределения их на DWDM сторону происходит за счет процессора карты.

Схема подключения Модулей к плате мукспондера:

Схема организации связи для канала протяжённость до 70 км 

Схема организации связи для канала протяжённость до 120 км 

Оборудования DWDM части ничем не отличается того, что в задаче 2.1 так как, ключевое отличие карт только в разных форматах входящий клиентских сигналов.

 

Задача 3.1 Передача канала Nx40G по 1-му волокну на расстояние более 40км с использованием карт транспондера.

Для реализации передачи нескольких каналов 40G по одному ОВ используется тот же самый принцип, что описан выше, но применяется несколько транспондерных карт и мультиплексоры с большим количеством каналов. На картинке ниже представлен пример передачи 2x40G по одному волокну, на каждой стороне используется по две карты OEO, 8 трансиверов DWDM и многоканальные мультиплексоры на 40 длин волн. Путем установки дополнительных транспондерных карт, схема может быть модернизирована до 5x40G (каждый 40G канал требует 8 длин волн, а ресурс мультиплексора 40 волн).