Whoscored(中国·中文)官网-专注足球数据分析的专业平台

光网络边缘需要什么样的DSP？

Whoscored中文官网 | 编译自Effect Photonics

网络运营商对100G可插件有浓厚的兴趣，这些可插件能以紧凑、低功耗的形式容纳可调谐的相干光学器件，如QSFP28。最近发布的Heavy Reading调查显示，超过75%的受访运营商认为，100G相干可插拔光学器件将在其边缘和接入演进战略中得到广泛使用。

这些新的100G相干可插拔光学器件将具有非常低的功耗（低于6瓦），可以被部署在不受控制的环境中，这就对相干数字信号处理器（DSP）提出了新的要求。为了在网络边缘实现这种下一代相干可插拔光学器件，下一代DSP需要超低功耗，与光引擎协同设计，并进行工业加固。

光网络边缘的功率要求

光网络边缘的一些应用可以从将现有的10G DWDM或100G灰色链路升级为100G DWDM中受益，如固定和移动接入网络的聚合，以及企业的100G数据中心互连等等。然而，网络供应商往往选择坚持使用他们的10G链路，因为现有的100G解决方案并不能满足所有要求。

100G直接检测插件的覆盖范围比较有限，而且并不总是与DWDM系统兼容。"按比例缩小"的相干400ZR解决方案具有所需的覆盖范围和可调谐性，但对于边缘应用来说，它们太昂贵了，而且耗电量大。此外，用于边缘部署的中小型IP路由器的端口通常不支持400ZR中常用的QSFP-DD模块，而是支持QSFP28模块。

与QSFP-DD模块相比，QSFP28的外形尺寸对相干技术提出了更严格的尺寸和功耗限制。QSFP28略小，最重要的是，它最多可以处理6瓦的功耗，而400ZR链路中QSFP-DD模块的典型功耗为15瓦。幸运的是，业界正在朝着适当的100ZR解决方案的方向发展，该解决方案采用QSFP28的外形尺寸，平衡了网络边缘的性能、占地面积和功耗要求。

这些功率要求也影响到DSP的功耗。DSP大约占相干收发器功耗的50%，因此，为网络边缘100G应用优化的DSP的功耗不要超过2.5至3瓦的功率。

图1：400ZR可插拔模块的内部块的标准化功率分解。尽管这种分解在不同的供应商之间可能有些不同，但作者发现它对于各种基于DSP的模块，包括IM-DD和相干的模块，一般都是一致的。资料来源: R. Nagarajan等人，IEEE JLT (2021)

协同设计和调整以提高功率效率

要实现这个雄心勃勃的功率目标，需要在某些方面降低性能，在其他方面进行智能设计。让我们看看下面几个例子。

调制。400ZR收发器使用更耗电的16QAM调制方式。这种调制方案使用十六种不同的状态，这些状态是由四种不同的强度等级和四种光相结合而成的。新一代的100ZR收发器可能使用QPSK调制的某种变体，它只使用四个不同光相的四个状态。

前向纠错（FEC）。400ZR收发器中的DSP使用更先进的串联FEC（CFEC）代码，与标准FEC代码相比，它结合了内部和外部FEC代码以提高性能。新的100ZR收发器可能使用一种更基本的FEC类型，如GFEC。这是最早的光FEC算法之一，并被作为ITU G.709规范的一部分。

协同设计DSP和光学引擎。正如我们在前一篇关于适合平台的DSP的文章中所解释的，在磷化铟平台上设计的收发器光学引擎可以被设计成在与DSP的信号输出兼容的电压下运行。这样，经过优化的DSP可以直接驱动PIC芯片，而不需要单独的模拟驱动器，与硅光子学器件相比，消除了大量的电源转换开销，如下图所示。

图2：三种不同的PIC+DSP协同设计方案的驱动功率和功耗的比较：标准DSP与硅PIC，标准DSP与InP PIC，以及优化的DSP与InP。

DSP的工业加固

传统上，相干设备都是用在数据中心机房或网络供应商设备室的受控环境中。这些房间有主动的温度控制、冷却系统、灰尘和微粒过滤器、气闸和湿度控制。在这样的环境中，可插拔收发器必须在0至70℃的所谓商业温度范围（c-temp）内工作。

另一方面，光网络边缘往往涉及户外不受控制的设置，任凭大自然的摆布。它可能是在天线的顶部，在山脉上，在交通隧道内，或在北欧的严冬里。对于这些户外环境，收发器应在-40至85ºC的工业温度范围（I-temp）内工作。更高海拔的部署也提供了额外的挑战。因为空气变得更稀薄，网络设备的冷却机制变得不那么有效，设备不能像在海平面那样承受外壳的温度。

制作一个I-temp收发器意味着每个内部组件 (激光器、光学引擎、DSP) 也必须符合I-temp标准。因此，必须专门设计能在I-temp范围内可靠工作的DSP。

总结

光网络边缘可以从将其现有的直接检测或灰色链接切换到100G DWDM相干中受益。然而，业界需要更多价格合理、功耗低的收发器和DSP，而且是专门为边缘和接入网络的相干100G传输而设计。通过实现与光学器件协同设计的DSP，调整以降低功耗，并进行工业加固，光网络边缘将会拥有适应其需求的相干DSP和光收发器产品。