400ZR/OpenZR+相干可插拔光模块剖析

易飞扬

DWDM系统的光接口是根据一些同样适用于转发器和400G QSFP-DD DCO可插拔接口的关键属性定义的。对于后者，这些属性由标准机构和行业组织指定，包括OIF 400ZR规范和OpenZR+多源协议（MSA）。

这些是DWDM系统中光接口的主要属性：

• 光发射功率：以dBm（相对于1mW的分贝）定义，具有最小值、最大值和典型值。在工程网络中，大家使用最小值作为性能的最坏情况，而最大值用于评估这些信号在多路复用和放大时可能产生的信号干扰。行业标准App可配置可变光衰减器（VOA）或固定光衰减器，通常在DWDM通道复用和放大之前使用，以避免它们之间的主要差异并补偿EDFA的非线性增益曲线，这一过程称为“pre-emphasis”。

• 光接收功率：也以dBm为单位定义，具有最小值和最大值。在设计网络时，大家使用最小值并添加系统惩罚来定义最坏情况和维持“无错误”传输所需的最小功率量，或者换句话说，维持指定的误码率 (BER) 系统性能。

• 光通道谱宽：以GHz为单位定义，光信道频谱宽度与接口的波特率相关（例如，用于将信息传送到物理介质中的符号率）。使用不同的调制方案，400Gbps接口可以有不同的波特率。OpenZR+ MSA规范版本1.0将频谱宽度@400Gbps定义为60.14GHz，而OIF 400ZR定义的信号宽度为59.84GHz。光信号所需的实际频谱窗口将高于这些值，因为它必须考虑信号形状和保护带（例如，光通道之间的空间以最小化它们之间的干扰）。这两个规范都将 75GHz定义为400Gbps信道的要求。

最大发射功率@400Gbps：-8.0(ZR)-8.5(ZR+)dBm

最小传输功率@400Gbps：-10dBm

图1：400ZR和OpenZR+光信号剖析

• 调制方案：不同的调制可用于产生光信号，现代系统允许操作员通过App配置更改调制。 调制方案将负责定义符号率或波特率以及每个符号携带的位数，进而定义传输速率和接口性能。光学调制方案的示例包括400Gbps OpenZR+ MSA规范使用的DP-QPSK和DP-8QAM，以及OIF 400ZR和OpenZR+ MSA使用的DP-16QAM。

• 数据封装：在电气领域，光接口使用不同的封装或数字包装器在有效载荷流量之上添加OAM工具。对于高性能光接口，封装还包括尾端前向纠错（FEC）信息，允许接收器识别和恢复传输错误。因此，光信号对光线路系统放大器产生的噪声更具弹性（例如，它的光信号噪声容限得到改善，系统性能和范围得到提升）。这种针对光噪声的额外预算称为净编码增益（NCG）。数据封装的示例包括用于传统转发器的ITU-T G.709和用于DCO可插拔模块的 FlexO，而FEC方法包括阶梯式“硬判决”FEC、“软判决”FEC以及混合了软判决和硬判决FEC的级联FEC（C-FEC）。OIF 400ZR使用C-FEC，而 OpenZR+使用开放式FEC（O-FEC），这是OpenROADM倡议引入的基于块码的编码器和基于迭代软决策的解码器。

• ITU-T频率或波长：也称为光信号“颜色”或“lambda”，这是DWDM信道使用的以赫兹为单位的中心频率或以纳米为单位的波长。在相干光学系统中，它还定义了接口处理接收信号的频率。频率根据ITU T G.694.1标准定义，该标准规定了不同信道间隔或网格（例如 50GHz、100GHz或200GHz）的光信号的中心频率。 最初的定义是在DWDM系统仅支撑具有固定光谱宽度的光通道时创建的。基于ROADM的现代DWDM系统采用无网格技术，也称为Flex-Spectrum，不再局限于固定频谱宽度。无网格系统允许DWDM信道具有可变频谱宽度，方法是根据它们的要求为它们分配具有可配置大小的频谱片。了解信道中心频率、其频谱宽度和信道间隔要求对于定义DWDM线路系统的特性非常重要。OIF 400ZR 和OpenZR+ MSA规范都为400Gbps信道定义了75GHz频谱，这可以使用固定滤波器或无网格ROADM来实现。

• 光信噪比（OSNR）：以dB为单位，OSNR表示接收器在无法继续保持所需性能，或接收器将其与噪声分离所需的信号功率之前可以容忍的噪声量。光信号噪声的来源很多，但最主要的是EDFA引起的噪声，通常称为放大器自发发射（ASE）。一些DWDM系统能够过滤一些“侧面”噪声（例如，当光信号穿过滤波器组件时与信号本身相邻的噪声，尤其是在DWDM系统中）。

当然，还有其他与光接口相关的规格和参数。然而，为了理解评估给定DCO可插拔技术与DWDM网络基础设施之间的互操作性通常需要什么，下面的列表就足够了

表1：OIF 400ZR和OpenZR+ MSA接口的规范

验证物理层的互操作性（例如，DCO和DWDM之间的硬件互操作性系统），网络工程的目标是验证这些光接口规格是否在由ROADM或其他DWDM系统组成的光子层（纯光层）的DWDM网络基础设施交付或支撑的范围内，例如开放式线路系统。工程挑战是在这些规范确实存在时考虑这些差异，并在必要时找到解决方案来补偿它们以实现互操作性。