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100G相干光模块里的DSP是什么?

易飞扬在2018年完成了100G CFP DCO相干模块的研发,成功解决了线路侧80km以上的应用难题,这是易飞扬在城域网解决方案上迈出的重要一步。当前业内能够设计相干模块的企业并不多,本文主要以相干模块为背景,简要介绍其中的DSP部分的作用以及应用前景。

相干技术的历史和应用

在遥远的上世纪80年代,研究超快光通信的科学家们开始研究相干光通信。相干传输的优势很明显:灵敏度高(传得远),带宽大。但是在之后的90年代,掺铒光纤放大器(EDFA)和WDM(波分复用)等技术闪亮登场,分别取代了相干传输原有的优势。相干技术从此被打入了冷宫。

但是相干技术并没有就此被埋没,在当前的城域网光互连系统中,大规模铺设的DWDM系统正逐渐耗尽其波长优势,通过压缩光脉冲提升时分复用(TDM)系统的效率也有很大的技术瓶颈。怎么办呢?小弟们不行了,看来还是得靠老大哥啊。So,相干光通信系统又再次重出江湖。

00G相干光模块里的DSP是什么?"光传输技术演进历史

比如易飞扬(Gigalight)的100G CFP DCO光模块就是在新的历史机遇下的研究成果。100G相干光模块属于100G DWDM长距离传输的技术研究领域,主要用于100G波分复用系统线路侧光传输,相比于其它各种形式的线路侧光模块,具有良好的OSNR性能、灵敏度、色散容限、DGD容限,因此成为业界的普遍选择。

00G相干光模块里的DSP是什么?"

相干模块主要应用于线路侧(来自飞速社区

DSP的主要作用

相干传输系统的关键技术主要包括DP-QPSK、相干检测和DSP高速数字处理等。除了DSP环节,大都是采用商用器件;如果不是采购特别差的器件产品,各家的性能都差不多。影响最终性能的就在DSP环节,各厂家采用了不同的专利算法。

DSP就是高速数字处理芯片,主要作用是色散补偿,去除噪声、非线性等干扰因素,提供数字时钟恢复,还原从发端发出的100G信号。

1、支持高阶调制格式以提高频谱效率;

2、解决器件及信道传输效应;

3、处理信噪比问题。

00G相干光模块里的DSP是什么?"

DSP处理数据的过程(来自Gigalight内部资料)

DSP在客户侧和线路侧都有相关处理,其内部带有Framer,可以按照G.709协议进行解帧和成帧处理。

DSP的结构组成

那DSP的具体结构又是什么呢?光通信领域的DSP一般由几个部分组成:前端模拟数字混合部分包括ADC(数模转换器)、DAC(模数转换器)以及Serdes,数字信号处理部分主要包括FEC和PHY部分。

1、模拟数字混合部分

ADC和DAC的主要功能是在模拟信号与数字信号之间进行转换,是调制器件与数字信号处理部分的桥梁。ADC和DAC主要由四个关键指标:采样率、采样有效位宽、模拟带宽以及功耗,其中模拟带宽是面临的主要技术挑战,并且在使用DSP的条件下,一般系统的带宽限制不再是光器件,而是ADC和DAC。

2、数字信号处理单元

在数据中心内部应用,数字信号处理单元相对简单。比如对于100G PAM4应用,在发端主要完成对发送信号的频谱压缩、非线性补偿、FEC编码等,在收端ADC之后对信号使用自适应滤波器对信号进行补偿。在数字信号处理单元中一般会使用FIR滤波器对信号进行补偿,FIR滤波器的Tap数与判决函数的设计直接决定了补偿DSP的性能和功耗。

00G相干光模块里的DSP是什么?"

易飞扬的100G CFP-DCO相干模块(来自Gigalight产品册)

DSP的功耗和成本问题

毫无疑问,DSP在提升了性能的同时增加了功耗。由于DSP引入了DAC/ADC与算法,其功耗一定高于传统基于模拟技术的CDR芯片。目前基于16nm的DSP解决方案的400G OSFP/QSFP-DD的设计功耗在12W左右,无论对于模块本身或是未来交换机的面板热设计都是巨大挑战。另外成本永远是数据中心和5G运营商们关心的话题,与传统光器件不同,对于DSP芯片来说,由于是基于成熟的半导体工艺,在海量应用的支撑下,可以预期较大的芯片成本下降空间。


相干模块由于其技术优势(带宽、灵敏度),将在未来光通信市场大有用武之地。而作为相干中模块中最重要的部分,DSP功能繁多,包括DAC/ADC采样、Frame匹配和检测、差分解编码、脉冲整形、时钟数据恢复以及偏振均衡等。易飞扬(Gigalight)于近年成立了武汉研发中心,高度重视对人才的培养,并且在相干模块的研究上取得一系列领先成果,欲知更多详情,可访问我们的官网:www.gigalight.com/cn

原创文章,作者:易飞扬,如若转载,请注明出处:https://www.gigalight.com/cn/bbs/article/100g-coherent-optical-dsp.html

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