Diagnostika a měření transportních signálů

Transkript

1 AKADEMIE VLÁKNOVÉ OPTIKY A OPTICKÝCH KOMUNIKACÍ Diagnostika a měření transportních signálů Josef Beran, Jan Brouček josef.beran@profiber.cz jan.broucek@profiber.cz info@profber.eu Copyright PROFiber Networking s.r.o. 100G je tady! Více než 350 komerčních 100G po celém světě k Q

2 Dopad z datových center Datová centra jsou průkopníkem vysokorychlostních přenosů, např. každé Facebook DC uchovává všechny informace! potřeba přístupu k velkému množství dat mnoha uživatelů v jednom okamžiku. 100G v síti Client Core ingress Core Klientské rozhraní směřuje k zákazníkovi orientované na služby standardizované paralelní optické rozhraní 40 Gbit/s & 100 Gbit/s Ethernet, OTN Linkové rozhraní směrem k páteřní přenosové síti transportně orientované sériová optika - převážně DP-QPSK kódování výhradně OTN 85100G & 88100NGE 5240S/B & PSO-200 2

3 Intra-site Klientské rozhraní 100G Klientské Transceivery Definice podle IEEE 802.3ba CFP Form Factor (86x127x14mm) ER4 100 GbE, 40 km v SMF (4x 25G WDM, střed na 1305nm) LR4 100 GbE, 10 km v SMF (4x 25G WDM, střed na 1305nm) SR GbE 100m v MMF (850nm paralelní optika, 10x 10G) LR GbE, 10 km v SMF (10x 10G WDM, střed na 1550nm, prozatím nestandardizováno) CXP Form Factor (asi 20x54x11 mm ) 100 GbE, 100 m na OM3 MMF (850 nm paralelní optika, 10x 10G) 100 GbE, 10 m na aktivním kabelu QSFP Form Factor (18.4x72x8.5 mm ) 40 GbE, 100m na OM3 MMF (850 nm paralelní optika, 4x 10G) Client Side 40 GbE, 10 m na aktivním kabelu 3

4 Porovnání CFP 4x25G & 10x10G CAUI sběrnice 10x10G elektrické dráhy CAUI sběrnice 10x10G elektrické dráhy Gearbox TX TX TX TX TX TX TX TX TX TX TX TX TX TX Optical Mux Optical Mux LR-4 -> 4xλ optické dráhy 25 & 28 Gbit/s na optický kanál Využívá Gearbox Vyžaduje vysoký příkon (až 24W) LR-10/SR10 -> 10x λ optické dráhy 10,3 & 11,2 Gbit/s na optický kanál Není Gearbox méně složité + nižší náklady CFP je nejslabší článek CFP problémové zóny: Gearbox nemůže být jakýkoliv CAUI Bus má omezený počet cyklů připojení Gearbox Otázka odvodu tepla LR-4 (24W) Problém s verzí firmware LR-4 - LR-4 nejsou vždy kompatibilní Přeslechy v některých případech TX TX TX TX Optical Mux 7K - 30K (ER-4 130k ) Složité některé zcela nové komponenty Ještě dnes mají technické problémy Client Side 4

5 CFP CFP - vývoj Line card ASIC 24W typ. (28W max.) spotřeba energie Gearbox přímo v CFP Form Factor (82x145x14mm) Rovná se 118,9 cm 2 CAUI Gearbox T X T X T X T X Optical Mux CFP CFP2 Line Card ASIC CFP - vývoj 12W max. příkon Form Factor (42x108x12mm) Gearbox CAUI Rovná se 45,4 cm 2 >50% zmenšení rozměrů 2 x větší hustota portů CFP 50% úspora energie CPPI-4 Gearbox přendán do přenosové karty CPPI-4 interface 4 x 25 & 28Gbit/s TX TX TX TX Optical Mux CFP2 5

6 CFP4 Line card ASIC CFP - vývoj >75% zmenšení rozměrů CFP 4x větší hustota portů CFP 75% úspora energie CFP Under discussion at OIF for VSR-28 Form Faktor (22x92x10mm) Gearbox přemístěn do linkové karty CAUI-4 interface 4 x 28Gbit/s Optical Mux CFP4 CFP - vývoj 4 x CFP 8 x CFP2 16 x CFP4 6

7 CFP - vývoj Shrnutí Trend směrem k vyšší hustotě portů Trend směrem k nižší spotřebě Trend směrem k nižším nákladům ALE!!! Optická rozhraní jsou identická a kompatibilní. CFP2 nepočítá s podporou LR-10. Některé problémy CFPs jednoduše posunuty na NEMs (výrobce). 100G Base-LR4 CFP vs. CFP2 SMF Fiber Přechod z CFP na CFP2; Gearbox je z CFP2 vyjmut, důsledkem je snížení nákladů CFP2 je o 50% menší než CFP; větší hustota portů 100G systémů Spotřeba energie CFP2 je alespoň o 50% menší než u CFP SMF Fiber

8 100G Base-SR10 CFP vs. CFP2 10 vlnových délek (850nm) MPO vlákna 100G Base-SR10 implementace CFP2 zůstává stejná jako CFP, jen se sníží velikost transceiveru 10 vlnových délek (850nm) MPO vlákna Implemetace CFP2 - adaptér Podpora LR4 & SR10 CFP2 100G LR4 CFP G/88100xx generuje 10 CAUI lanes Gearbox multiplexuje 10G CAUI proudů/drah do 4x 25G electrických proudů/drah (10:4 MUX) 100G LR4 CFP2 je pak použito pro mapování 4x 25G electrických drah do standardních 4 optických kanálů 100G SR10 CFP G/88100xx generuje 10 CAUI lanes Gearbox je v tomto případě nakonfigurován v průchozím režimu; na výstupu 10x 10G electrické dráhy/proudy 100G SR10 CFP2 je pak použito pro mapování 10x 10G electrických drah/proudů do standardních 850nm optických MMF kanálů 8

9 Field Deployment Carrier Labs / NEMs CFP2 adaptér 85100G CFP & CFP2 integrované řešení v jednom modulu Plný přístup k NEMs k dispozici použitím CFP & CFP2 Velmi příznivé (konkurenceschopné) řešení 88100x CFP & CFP2 integruje kompaktní řešení do terénu Přímo v terénu rozšiřitelné na CFP2 Klíčové řešení k prvním CFP2 nasazení v terénu a brzké nasazení CFP2 400G nebo 1T klientské rozhraní 9

10 Měřicí vybavení RJ45 interface supporting Eth. 10/100/1000 Electrical FTB-88100NGE SFP/SFP+ interface supporting OC-1/STM-0 to OC-192/STM-64 OTU1, OTU2,OTU1e/2e, OTU1f/2f 10GE LAN/WAN, Eth. 100M/1G Opt. XFP interface supporting OC-192/STM-64 OTU2,OTU1e/2e, OTU1f/2f 10GE LAN/WAN 40G/100G CFP interface supporting; 40GE/100GE, OTU3/e1/e2/4, OC- 768/STM nd SFP/SFP+ interface (Ethernet capabilities as listed on SFP+ port 1) Eth. 10/100/1000 Electrical (using Mushroom) synchronization SMA interface CLOCK REF-OUT SMB interface Kontrola CFP - CFP Health Check 10

11 Přehled - PCS dráhy Informace o CFP 11

12 100G Testování v síti L2 ale také L3/L4 testování 100G L2 Network Testing 100G L3/L4 Network Testing Měření klientských KPIs L1 Testování BERT pro Ethernet a OTN 100G specifikace jako je: PCS Lane značky PCS Skew/zpoždění Přeslechy, Odchylka frekvence a času L2, L3, L4 Ethernet Testování Propustnost & Ztráta rámce Zpoždění Ověření řízení provozu Aktuálně RFC2544, ITU-T Y.1564 Client Side 12

13 100G měření v terénu BERT and RFC2544 Client Side Linkové rozhraní 13

14 Výzvy 100G technologie Vše je to o fyzice!!! Tolerance/odolnost přijímače vůči chromatické disperzi Velmi omezená tolerance chromatické vysoké rychlosti s NRZ modulací Požadavky na poskytovatele služeb Koexistence 10G/40G/100G kanálů na stejném vláknu. Nízké výnosy na bit pro data nebudou důvodem stavby nové síťové infrastruktury. Line Side 14

15 Jaké jsou 100Gbit/s? 10Gbit/s 40Gbit/s 100Gbit/s??? Spektrální efektivita Vše je to o fyzice!!! Dosáhnout přenosu 112 Gbit/s pomocí standardních modulačních schémat není možné. Spektrální šířka přesahuje rozestup kanálů 50 GHz. Dokonce ani QPSK, která je dvakrát tak efektivní, stále ještě nestačí. Použití polarizačního multiplexování v kombinaci s QPSK umožňuje přenos 112 Gbit/s na kanálech s 50 GHz ROADMs. Mohou být použita i jiná modulační schémata, jako je 16QAM nebo OFDM. 112 Gbit/s NRZ-OOK 112 Gbit/s NRZ-QPSK 112 Gbit/s NRZ-DP-QPSK 15

16 Nové modulační formáty Pokročilá modulační schémata Nové formáty jako QPSK & DQPSK (Fáze) 2 bity na symbol Polarizační multiplexování posílání 2 signálů s ortogonální polarizací SOP (States of Polarisation) Koherentní detekce & Digitální zpracování signálu Nový signálový procesing (DSP) může opravit mnoho chyb 112Gbits/s je dosaženo s přenosovou ryhlostí 28GBaud/s Line Side Optický Modulační Analyzátor PSO-200 Kompletní charakterizace vysokorychlostních fázově modulovaných signálů 40G, 100G, 400G, 1Tbits/s atd. Technologie optického koherentního vzorkování Konstelační diagram a oko rozhodnutí. Podpora OOK, BPSK, PSK, QPSK, DPSK, DQPSK, APSK, 16-QAM modulačních formátů. Kompatibilní s dual-polarization DP. Šířka pásma 65 GHz Line Side 16

17 Princip vzorkování Průběh je zrekonstruován z několika cyklů (viz obr. níže). Je důležitá šířka pásma? Diagram oka rozhodnotutí pro zrekonstruovaný signál pomocí elektrického vzorkovacího modulačního analyzátoru s šířkou pásma 16 GHz. Signál je správně detekován, ale zkreslen (tzv. kroužkování) Náběžná a sestupná hrana (doba) je ovlivněna Diagram oka rozhodnutí stejného signálu rekonstruovaného pomocí optického modulačního analyzátoru PSO-200 s šířkou pásma 65 GHz. Žádné zkreslení 17

18 Výhody optického vzorkování Velká šířka pásma měření (>60 GHz), což umožňuje detekci signálu s přenosovou rychlostí až 1 Tbits/s. Čistá impulsní odezva měření bez zkreslení, zrekonstruovaný průběh signálu bez potřeby ekvalizace (vyhlazení) Detekce signálů jakéhokoliv charakteru (náhodné nebo opakované). Vlastnosti a výhody Rekonstrukce signálu bez zkreslení Velká šířka pásma ( 60 GHz) Žádný signálový processing na vstupním signálu Future proof Podpora 40G, 100G, 400G,1 Tbits/s atd. Podpora QPSK, APSK, 16-QAM a mnoho dalších Kompatibilní se single- i dual-polarization přenosy Výkonný a uživatelsky jednoduchý software GUI s kontextovým menu Automatický výběr algoritmu zpracování signálu na základě informací o vstupním signálu Vzdálené ovládání pomocí LAN a SCPI příkazů Kompatibilní s LabView 18

19 Vlastnosti a výhody Flexibilní vstupní signál Náhodný nebo OTU rámcovaný signál pro konstelační diagram a oko rozhodnutí PRBS, opakovací sekvence pro výpočet BER/SER a pokročilou signálovou analýzu Výkoný gearbox pro přesné mapování signálů Rozsáhlá Bit-error rate analýza Bit-error-rate (BER) a symbol-error-rate (SER) je kalkulována pro každou polarizaci a globální signál Výsledné detekované chyby umožňují řešení problémů BER/SER Přehledné grafy pro porovnání detekovaných chyb vs. očekávané vzorky NRZ-QPSK Testování komunikačním analyzátorem EXFO PSO-200 RZ -QPSK Noise averaged Noise averaged Konstelační diagram 40 Gbaud QPSK: PRBS: Linewidth: ~200 khz Signal power: ~0 dbm Center 20% of bit slot Transition samples 19

20 Testování komunikačním analyzátorem EXFO PSO-200 RZ-8-PSK TX:16-QAM RX:16-QAM 1,6 km SM vlákna Možnosti zobrazení Optický konstelační diagram Single and dual polarization Oko rozhodnutí Single and dual polarization For I and Q signals Diagramy časové oblasti For I, Q, single and dual polarization Intensity, Magnitude, Phase, EVM and Bit Pattern Zdroj: EXFO 20

21 Detailní analýza BER Zdroj: EXFO Průměrováním k menšímu šumu Detekovaný signál s velkým zastoupením šumu ztěžuje analýzu. Průměrování signálu může pomoci odstranit šum. Nastavitelné rozlišení. 28G DP-QPSK w/ averaging 28G DP-QPSK w/o averaging Zdroj: EXFO 21

22 Masky Perfektní doplněk pro rychlé a efektivní testování shody vysílačů ve výrobě. Jsou k dispozici masky Konstelačního diagramu, oka rozhodnutí a EVM: - 1G, 10G, 25G a 40G ITU-T a IEEE OOK masky - Všechny masky můžou být editovány uživatelem pro přizpůsobení Zdroj: EXFO Digitální filtrace Může být použita pro vyhodnocení vlivu síťových prvků na omezení šířky pásma sítě. Unfiltered 28G DP-QPSK Zdroj: EXFO Filtered 28G DP-QPSK Bessel 20GHz 3 rd order 22

23 Chromatic Dispersion Unwrapping CD unwrapping dosahuje standardními algoritmy až ± 500ps/nm - Dostatečné pro 10G kompenzovaných spojení - Nestačí však pro nekompenzované trasy a nekompenzované PMD 26km, 28G QPSK, no unwrapping Zdroj: EXFO 26km, 28G QPSK, 400ps unwrapping With Bessel filtering 66GBd QPSK signál Zdroj: EXFO 23

24 28GBd 16-QAM signál Zdroj: EXFO 56GBd 16-QAM signál časová oblast Zdroj: EXFO 24

25 ZÁVĚREM Zdroj: vlastní zkušenosti, materiály a dokumentace od Zkušenosti? (dobré nebo špatné?) Pořizovací cena versus návratnost investice? Konzultace-měřicí služba-zápůjčka-pronájem-nákup Otázky a náměty? AKADEMIE VLÁKNOVÉ OPTIKY A OPTICKÝCH KOMUNIKACÍ FO-14 Disperze CD a PMD a její měření, Praha FO-15 Vlnové multiplexy xwdm, Praha info@profber.eu Copyright PROFiber Networking s.r.o. DĚKUJEME ZA POZORNOST Josef Beran, Jan Brouček, info@profiber.eu 25