OM5多模光纖在100G和400G傳輸系統中的應用

2020-11-22 千家智客

摘要：本文報導了OM5光纖分別在100G-SWDM4和400G-SR8傳輸系統中的最新實驗結果。OM5光纖可以支持400米以上的100G-SWDM4傳輸，500米以上850nm窗口的400G-SR8傳輸，以及300米以上908nm窗口的400G-SR8傳輸。

關鍵詞：多模光纖；OM5；短波波分復用；四電平脈衝幅度調製；100G；400G；高速傳輸系統

一、前言

多模光纖搭配垂直腔面發射雷射器（VCSEL）的解決方案在短距離傳輸網絡中一直是具有競爭力的低成本解決方案，如應用於區域網（LAN）和數據中心（DC）中的網絡布線。目前40GBASE-SR4方案已廣泛應用於數據中心，並正在逐步向100GBASE-SR4升級。電氣和電子工程師協會（IEEE）在2017年就發布了802.3bs標準，即400GBASE-SR16方案，規定了OM3/OM4/OM5光纖在400Gbps系統中進行單通道25Gbps的平行傳輸應用[1]。以上這些方案都是基於平行傳輸技術，隨著網絡速率的不斷升級，就需要更多的光纖來支持增長的數據容量。單纖雙向（BiDi）技術和短波波分復用（SWDM）技術都是可以減少光纖用量的可選方案。100Gbps BiDi解決方案利用單纖雙向和四電平脈衝幅度調製（PAM4）技術，單通道速率為50Gbps，在一根光纖中同時傳輸850nm和880nm或910nm窗口的信號，從而實現一對光纖雙向傳輸100 Gbps的數量容量。100Gbps SWDM4解決方案利用波分復用技術，可以支持850nm~950nm範圍的4個波長通道在一根光纖上傳輸，相較於100GBASE-SR4方案節省了75%的光纖用量[2，3]。

本文用不同長度的OM5光纖樣品進行了400G-SR8分別在850nm和908nm窗口的傳輸實驗，在IEEE規定的誤碼率校正閾值範圍內，OM5光纖在850nm可支持500米以上的距離，在908nm可支持300米以上的鏈路長度。同時，100Gbps SWDM4傳輸實驗也在不同長度的OM5光纖上進行，實驗證明OM5光纖可以支持400米以上的鏈路長度。

二、400G OSFP SR8傳輸實驗

2.1 傳輸實驗平臺

圖1展示的是400G OSFP SR8傳輸實驗平臺示意圖，以及850nm光模塊和908nm光模塊的背靠背傳輸眼圖。該實驗分別使用了兩個旭創的850nm和908nm的 400G OSFP SR8光模塊，單通道50Gbps的PAM4信號從光模塊的發射端（Tx）被激發注入光纖。光模塊的接收端和發射端各接一根MPO-FC跳線，待測光纖通過FC-FC連接頭與跳線相連。通過誤碼儀來測試傳輸誤碼率，未使用前向糾錯（FEC）功能。

圖1 400G OSFP SR8傳輸實驗平臺結構示意圖和背靠背眼圖（850nm和908nm）

2.2 傳輸實驗結果

旭創的400G OSFP SR8光模塊（T-OS8FNS-N00）提供了單通道50Gbps的PAM4信號。該樣品在850nm和953nm波長的有效模式帶寬（EMB）分別是5927 MHz?km和3279 MHz?km。表1記錄的是不同長度的光纖樣品在圖1所示的實驗平臺中傳輸30min後的誤碼率（BER）和接收光功率。在850nm光源下，500米長的OM5光纖鏈路的BER為1.2E-5，小於IEEE規定的誤碼率校正閾值2E-4，即該OM5光纖可以保證在數據中心網絡中850nm窗口至少500米的無誤碼傳輸。在908nm光源下，300米長的OM5光纖鏈路的BER為3.2E-6，而傳400米的誤碼率為7.0E-4，即該OM5光纖可以支持908nm窗口至少300米的無誤碼傳輸。由此可預測，在利用850nm、908nm波長100Gbps單纖雙向（BiDi）傳輸系統中，OM5光纖可支持300米以上的鏈路傳輸。

表1 OM5光纖分別在850nm和908nm下的400G OSFP SR8傳輸實驗結果

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三、 100G SWDM4傳輸實驗

3.1 傳輸實驗平臺

圖2的是100G SWDM4傳輸實驗平臺結構示意圖。Finisar的100GE SWDM4光模塊搭載EXFO光網絡測試儀（ONT FTBx-88200NGE），提供傳輸實驗的信號輸出和接收。光源信號從光模塊的Tx端被激發注入待測光纖，光模塊的接收端和發射端各接一根LC尾纖，待測光纖與其熔接，熔接損耗均小於0.03dB。在待測光纖與光模塊Rx端之間接入可變光衰減器（VOA），用來調節接收光功率大小，未使用ONT自帶的前向糾錯（FEC）功能。

圖2 100G SWDM4傳輸實驗平臺結構示意圖

圖3 100G SWDM4傳輸系統光路示意圖

如圖3所示，100GE SWDM4光模塊的發射端能同時發出4個不同波長（850nm、880nm、910nm、940nm左右）的VCSEL光源，4個光源信號均為25Gbps的不歸零編碼（NRZ）信號，經過復用器後注入一根待測光纖，然後再被解復用至4個不同的探測器。

3.2 傳輸實驗結果

圖4 不同長度的OM5光纖在100G SWDM4傳輸系統中的誤碼率曲線

圖4是不同長度的OM5光纖分別在850nm、880nm、910nm和940nm波長隨接收光功率變化的誤碼率曲線，黑色數據點是不連光纖樣品的背靠背曲線，紅色、綠色和紫色數據點分別是200米、300米和400米OM5光纖樣品的BER曲線。圖中紅色虛線表示IEEE標準規定的誤碼率校正閾值5E-5。該樣品在850nm和953nm波長的有效模式帶寬（EMB）分別是5904 MHz?km和4459 MHz?km。

表2記錄的是100G SWDM4傳輸系統的4個通道中，不同長度的OM5光纖在誤碼率校正閾值時對應的接收光功率大小。越小的接收光功率意味著越低的系統敏感性、越寬鬆的傳輸性能邊界。從圖4和表2中可看出，該OM5光纖能支持至少400米的100Gbps短波波分復用系統鏈路，850nm波長的系統邊界較940nm波長的要窄，即該傳輸鏈路長度主要受限於樣品OM5光纖的850nm帶寬性能。

表2 100G SWDM4傳輸系統中OM5光纖在5E-5誤碼率時的接收光功率

四、結論

對OM5光纖分別進行了850nm和908nm 波長的400G-SR8傳輸實驗、 850nm~940nm波段的100G SWDM4傳輸實驗。實驗結果顯示，OM5光纖可以保證在數據中心網絡中850nm窗口至少500米的無誤碼傳輸，可以支持908nm窗口至少300米的無誤碼傳輸；在100G SWDM4傳輸系統中，OM5光纖能支持400米以上的鏈路傳輸。實驗展示了OM5光纖在100Gbps、400Gbps，甚至是將來升級至1.6Tbps的短距離高速傳輸網絡中的應用潛力。

五、 致謝

感謝旭創科技（蘇州）為本實驗提供的850nm和908nm的 400G OSFP SR8光模塊及傳輸平臺。

六、 參考文獻

[1] "SMF PMD Nominal Specifications," http://www.ieee802.org/3/bs/public/adhoc/smf/14_10_14/cole_01a_1014.smf.pdf, Oct. 2014.

[2] 「TIA-492AAAE, Detail Specification for 50-μm Core Diameter/125-μm Cladding Diameter Class 1a Graded-Index Multimode Optical Fibers with Laser-Optimized Bandwidth Characteristics Specified for Wavelength Division Multiplexing.」 Jun. 2016.

[3] R. Huang, R. Wang, W. Xiao, L. Zhang, Y. Liu, J. Li, J. Zhu, H. Wang and R. Wang, 「Wideband Multimode Fiber for High Speed SWDM Systems,」 the 66th IWCS Conference, 2017, pp. 773-775.

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