일관된 광학 시스템은 장거리 네트워크에 적합합니다.

 

코히어런트 광학 시스템은 빛의 진폭, 위상 및 편광을 변조하여 1,000km가 넘는 거리에서 데이터 전송을 가능하게 합니다. 이러한 시스템은 디지털 신호 프로세서를 사용하여 광섬유 손상을 보상하고 파장당 100G~1.6Tbps의 전송 속도를 지원합니다.

 

코히어런트 광학 시스템의 작동 방식

 

 

기존의 광학 시스템은 강도 변조에 의존하여 빛을 켜고 끄는 방식으로 이진 데이터를 표현합니다. 이 접근 방식은 전송을 초당 대략 10기가비트로 제한하고 수백 킬로미터를 넘는 거리에서는 어려움을 겪습니다. 응집성 광학 시스템은 광파의 여러 속성을 동시에 조작하여 이러한 제약을 극복합니다.

이 기술은 진폭(신호 강도), 위상(파동 위치), 편파(전자기장의 방향) 등 3차원에 걸쳐 정보를 인코딩합니다. 세 가지 속성을 모두 변경함으로써 코히어런트 시스템은 각 광 펄스에 훨씬 더 많은 데이터를 담습니다. 16-QAM 변조를 사용하는 단일 파장은 기호당 4비트를 인코딩할 수 있는 반면, 기존 온-오프 키잉에서는 기호당 1비트만 인코딩할 수 있습니다.

디지털 신호 프로세서는 이러한 시스템의 전자 심장을 형성합니다. DSP는 전기 신호와 광학 신호 간 변환, 색도 및 편광 모드 분산 보상, 순방향 오류 수정 알고리즘을 통한 전송 오류 수정, 링크 성능 지속적 모니터링 등 여러 가지 중요한 기능을 수행합니다. 3-나노미터 CMOS 기술을 사용하는 최근 DSP 구현을 통해 QSFP-DD 폼 팩터에 맞으면서 25와트 미만의 전력을 소비하는 800G 코히어런트 플러그형 모듈이 가능해졌습니다.

수신기에서의 일관된 감지는 수신 신호와 동일한 주파수로 조정된 국부 발진기 레이저를 사용합니다. 이 국부 발진기는 수신된 신호와 광학 하이브리드를 혼합하여 인코딩된 모든 정보를 보존하는 중간 주파수 신호를 생성합니다. 그런 다음 광검출기는 이 혼합 신호를 전기 도메인으로 변환합니다. 여기서 DSP는 인코딩 프로세스를 역전시키고 누적된 왜곡을 보상하는 정교한 알고리즘을 통해 원본 데이터를 재구성합니다.

 

장거리 네트워크에 일관성 있는 시스템이 필요한 이유

 

장거리-네트워크는 일관된 기술을 필수적으로 만드는 고유한 과제에 직면해 있습니다. 이러한 링크는 일반적으로 1,000~10,000km에 걸쳐 지상의 광섬유 경로와 해저 케이블을 통해 도시, 국가 및 대륙을 연결합니다.

신호 감쇠는 거리에 따라 선형적으로 증가합니다. 킬로미터당 0.18dB를 달성하는 최신 초-저-손실 광섬유를 사용하더라도 2,000-킬로미터 스팬은 360dB의 손실을 축적합니다. 50-100km마다 배치된 에르븀-첨가 광섬유 증폭기는 신호를 증폭시키지만 각 증폭 단계에서는 신호 대-잡음 비율을 저하시키는 잡음을 추가합니다. 코히어런트 광학 시스템은 직접 감지 시스템에 비해 20dB 더 높은 수신기 감도를 달성하므로 값비싼 광-전기-광 재생이 필요하기 전에 신호가 더 많이 축적된 노이즈를 허용할 수 있습니다.

색분산으로 인해 서로 다른 파장의 빛이 섬유를 통해 약간 다른 속도로 이동하게 됩니다. 장거리에서 이 효과는 인접한 비트를 함께 흐리게 하는 펄스 확산을 유발합니다. 편광 모드 분산은 빛의 두 편광 상태가 서로 다른 속도로 이동할 때 유사한 문제를 야기합니다. 레거시 시스템에는 몇 스팬마다 물리적 분산 보상 모듈이 필요하여 비용과 복잡성이 추가되었습니다. 코히어런트 DSP는 전자 영역에서 두 가지 분산 유형을 모두 처리하므로 이러한 광학 구성 요소가 필요하지 않으며 이전에는 사용할 수 없었던 광섬유를 통한 배포가 가능합니다.

일관성 있는 기술에 대한 경제적 주장은 200km를 넘는 거리에서 더욱 설득력이 있습니다. 400G ZR 일관성 플러그형 모듈은 동급 PAM4 모듈보다 비용이 더 많이 들지만 직접 감지 시스템에 필요한 여러 증폭 및 재생 사이트를 제거합니다. 네트워크 운영자는 코히어런트 시스템이 장거리 경로에서 인라인 재생기 수를 40-60% 줄이며 각 재생 방지 사이트에서 장비 및 부동산 비용을 $500,000~200만 달러 절약한다고 보고합니다.

최신 장거리-시스템은 조밀한 파장 분할 다중화를 사용하여 여러 파장을 동시에 작동합니다. 일반적인 C-밴드 DWDM 시스템은 50GHz 간격으로 80~96개의 채널을 전달합니다. 코히어런트 기술의 뛰어난 스펙트럼 효율성을 통해 간섭 없이 더 가까운 채널 간격을 확보할 수 있습니다. 유연한 그리드 아키텍처를 사용하는 네트워크는 각 채널에 필요한 스펙트럼 폭을 정확하게 할당할 수 있으며, 채널을 37.5GHz만큼 가깝게 압축하고 고정 그리드 시스템에 비해 총 광섬유 용량을 25-30% 늘릴 수 있습니다.

 

코히어런트 광학 시스템의 기술 아키텍처

 

완전한 장거리-코히어런트 링크는 송신기, 광섬유 범위, 인라인 증폭기 및 수신기 구성 요소가 함께 작동하는 것으로 구성됩니다.

송신기는 일반적으로 1550-나노미터 C-대역에서 좁은 선폭의 간섭광을 생성하는 조정 가능한 외부 공동 레이저로 시작됩니다. 100kHz 미만의 선폭은 전송 거리에 걸쳐 위상 안정성을 보장합니다. IQ 변조기-실제로 두 개의 중첩된 Mach-Zehnder 변조기-는 광 신호의 동위상 및 직교 구성요소를-별도로 제어합니다. DSP는 링크 예산에 따라 DP-QPSK, 16-QAM 또는 64-QAM과 같은 변조 형식을 사용하여 데이터를 인코딩하는 신중하게 형성된 전기 파형으로 이 변조기를 구동합니다.

지상파 네트워크의 광섬유 범위는 일반적으로 증폭기 사이트 간 80{5}}100km를 측정하며 누적 손실과 사용 가능한 증폭기 이득으로 제한됩니다. 잠수함 시스템은 광섬유 라우팅에 대한 더 나은 제어와 커넥터 손실 감소로 인해 약간 더 긴 100-120km의 범위를 달성합니다. 비선형 효과를 줄이는 대규모 유효 면적 광섬유를 정의하는 G.654.E 사양과 킬로미터당 0.16dB를 달성하는 초저손실 광섬유를 통해 광섬유 자체가 크게 발전했습니다.

인라인 증폭기는 전기 영역으로 변환하지 않고 모든 범위에서 신호를 증폭합니다. 에르븀- 도핑된 광섬유 증폭기는 C-대역 시스템에서 주로 사용되며 20-30dB의 이득을 제공합니다. L-대역 EDFA는 용량을 1565-1625 나노미터 범위로 확장하는 반면, 분산형 라만 증폭은 전송 광섬유 자체를 통해 전력을 역방향으로 펌핑하여 더 낮은 잡음 수치로 이득을 제공합니다. 고급 시스템은 하이브리드 EDFA{10}}라만 구성을 사용하여 전체 링크에서 신호 대 잡음비를 최적화합니다.

수신기는 송신기의 복잡성을 반영합니다. 통합된 코히어런트 수신기에는 로컬 발진기 레이저, 90-도 광학 하이브리드, 균형 잡힌 광검출기 및 트랜스임피던스 증폭기가 포함되어 있습니다. 고속-아날로그--디지털 변환기는 초당 100기가샘플을 초과하는 속도로 감지된 신호를 샘플링합니다. 그런 다음 DSP는 클록 복구, 색도 및 편광 모드 분산을 보상하기 위한 블라인드 균등화, 반송파 위상 복구 및 순방향 오류 정정 디코딩을 수행합니다.

순방향 오류 정정은 점점 더 정교해지고 있습니다. 확률적 성좌 형성과 같은 연-결정 FEC 알고리즘은 11dB를 초과하는 순 코딩 이득을 달성하므로 FEC 이전 오류율이 10^-2를 초과하는 경우에도 신호가 10^-15 미만의 비트 오류율에서 작동할 수 있습니다. 이러한 고급 코드에는 일반적으로 20~27%의 추가 오버헤드가 발생하지만 성능 향상으로 인해 장거리 경로에서 이러한 용량 희생이 정당화됩니다.

 

코히어런트 광학 시스템 성능 사양

 

현대의 일관된 시스템은 각 기술 세대에 따라 지속적으로 개선되는 인상적인 사양을 달성합니다.

전송 용량이 공격적으로 확장되었습니다. 시장은 2010년경 100G 코히어런트 시스템에서 2015년에는 200G, 2020년에는 400G로 전환되었습니다. 현재 6세대-코히어런트 DSP는 파장당 800G를 지원하며, 주요 공급업체는 2024년 현장 시험에서 1.2Tbps 및 1.6Tbps 시스템을 선보일 예정입니다. 400G에서 96개 채널을 갖춘 완전한 DWDM 시스템 단일 파이버 쌍을 통해 초당 38.4테라비트를 제공합니다. 8개의 광섬유 쌍을 갖춘 해저 케이블은 총 용량이 300Tbps를 초과합니다.

도달 기능은 변조 형식과 전송 속도에 따라 달라집니다. DP-16QAM을 사용하는 400G ZR 모듈은 인라인 증폭 없이 120km에 도달하므로 대도시 지역 네트워크에 적합합니다. 400G ZR+ 사양은 증폭을 통해 이를 500km까지 확장합니다. 낮은 전송 속도에서 DP-QPSK를 사용하는 장거리 최적화 시스템은 2,000~3,000km의 재생되지 않은 거리를 달성합니다. 잠수함 시스템은 일반적으로 착륙 지점 사이에 6,000~10,000km에 걸쳐 있으며, 가장 긴 케이블 시스템은 여러 착륙 지점을 포함하여 20,000km를 초과합니다.

스펙트럼 효율성은 각 스펙트럼 단위가 전달하는 데이터의 양을 측정합니다. 초기 코히어런트 시스템은 헤르츠당 초당 2~3비트를 달성했습니다. 고급 변조, 확률적 형성 및 좁은 채널 간격을 사용하는 최신 시스템은 지상 경로에서 5~7비트/초/Hz에 도달합니다. 이러한 효율성 향상은 네트워크가 추가 광섬유를 설치하지 않고도 용량을 업그레이드할 수 있음을 의미하며, 이는 도시 지역에서 광섬유 설치 비용이 킬로미터당 $50,000-$150,000일 때 중요한 이점입니다.

성능이 향상되었음에도 불구하고 전력 소비가 크게 감소했습니다. 1세대-코히어런트 라인 카드는 100G 용량의 경우 300~500와트, 즉 기가비트당 3~5와트를 소비했습니다. 현재 400G 플러그형 모듈은 15~20와트를 소비하여 기가비트당 50~80밀리와트를 달성합니다. 이러한 전력 효율성의 50배 향상은 전력이 심각하게 제한된 네트워크 장비실과 해저 중계기 모두에서 운영 비용과 냉각 요구 사항을 줄여줍니다.

일관된 시스템을 통한 대기 시간은 광섬유의 기본 광 속도에 비해 오버헤드를 최소화합니다. DSP 처리는 구현에 따라 50~200마이크로초의 지연 시간을 제공합니다. 기본 전파 지연이 15밀리초인 3,000km 링크에서 이는 0.3~1.3%의 오버헤드에 불과합니다. 고급 구현을 통해 금융 거래 및 5G 프론트홀 애플리케이션에 중요한 지연 시간 변동을 10나노초 미만으로 달성합니다.

 

배포 시나리오 및 사용 사례

 

장거리-코히어런트 시스템은 각각 특정 요구사항이 있는 여러 개별 네트워크 세그먼트를 제공합니다.

지상파 핵심 네트워크는 주요 대도시 지역을 연결하는 백본을 형성합니다. AT&T, Verizon, China Telecom과 같은 서비스 제공업체는 이러한 네트워크를 운영하여 메트로 네트워크의 트래픽을 집계하고 전국적인 연결을 제공합니다. 경로는 일반적으로 주요 도시 간 1,000-2,500km에 걸쳐 있으며 재구성 가능한 광학 추가-분기 멀티플렉서를 사용하는 중간 추가-지점이 있습니다. 이러한 경로의 일관된 광학 시스템은 일반적으로 400G 파장을 배포하며 트래픽이 증가함에 따라 800G로 업그레이드할 계획입니다. 네트워크 운영자는 변조 형식과 전송 속도를 조정하여 실제 광케이블 조건에 따라 도달 범위 대비 용량을 최적화할 수 있는 코히어런트 트랜시버의 프로그래밍 가능성을 중요하게 생각합니다.

해저 케이블 시스템은 가장 까다로운 일관성 배치를 나타냅니다. 현대의 대양 횡단 케이블은 여러 착륙 지점을 통해 총 길이가 15,000~20,000km에 이릅니다. 버지니아와 스페인을 연결하는 MAREA 케이블은 길이가 6,600km에 달하며 100G 일관성 채널을 사용하여 200Tbps 용량을 제공합니다. 2024~2025년에 배포되는 최신 시스템은 400G 및 800G 파장을 사용하여 500+Tbps 용량에 도달합니다. 해저 수리 비용은 사고당 100만 ~ 300만 달러이고 심해에서는 완료하는 데 수개월이 걸릴 수 있으므로 이러한 시스템에는 평균 고장 간격이 25년을 초과하는 뛰어난 신뢰성이 필요합니다. 50~80km마다 배치된 중계기는 수십 년 동안 유지보수 없이 작동됩니다.

하이퍼스케일러가 글로벌 시설을 연결하는 사설 네트워크를 구축함에 따라 데이터 센터 상호 연결은 일관성 있는 기술을 점점 더 많이 채택하고 있습니다. Meta, Google, Amazon 및 Microsoft는 수십 개의 데이터 센터 캠퍼스를 상호 연결하는 수천 킬로미터에 달하는 장거리 광섬유를 공동으로 운영합니다.{1}} 이러한 네트워크는 비용 효율성보다 낮은 대기 시간과 대규모 용량을 우선시합니다. 200-500km의 지역 링크는 라우터와 스위치에 직접 통합된 400G ZR+ 플러그형을 사용하므로 별도의 트랜스폰더 선반이 필요하지 않습니다. 더 긴 백본 경로는 800G~1.6Tbps 파장의 고성능 임베디드 코히어런트 시스템을 배포합니다.

연구 및 교육 네트워크는 또 다른 중요한 배포 부문을 제공합니다. 미국의 Internet2 및 유럽의 GÉANT와 같은 조직은 대학 및 연구 기관 연결을 지원하는 장거리 네트워크를 운영합니다.{2}} 이러한 네트워크는 새로운 변조 형식과 소프트웨어{4}}정의 네트워킹 기능에 대한 테스트베드를 제공하여 다양한 일관성 있는 기술 채택을 개척했습니다. 과학계에서는 대규모 데이터세트 전송에 대한 요구로 인해-입자물리학 실험에서 하루에 페타바이트가 생성됩니다-지속적인 용량 업그레이드가 필요합니다.

 

 

시장 성장과 경제 동인

 

코히어런트 광 장비 시장은 만족할 수 없는 대역폭 수요에 힘입어 강력한 성장을 보이고 있습니다.

정확한 시장 정의에 따르면 시장 규모는 2024년에 169억 달러-288억 달러에 달했으며, 2032~2033년에는 297억~514억 달러로 성장할 것으로 예상됩니다. 이는 5.3~12.4%의 복합 연간 성장률을 나타내며, 일관성 있는 플러그형 제품과 같이 더 좁게 정의된 부문에서 더 높은 성장률을 나타냅니다. 추정치의 차이는 시장 경계를 정의하는 다양한 방법론적 접근 방식을 반영하지만, 모든 분석은 강력한 두 자릿수 성장에 동의합니다.

Cisco의 분석에 따르면 인터넷 트래픽은 계속 기하급수적으로 증가하여 매년 25~30%씩 증가하고 있습니다. 비디오 스트리밍은 소비자 인터넷 트래픽의 82% 이상을 차지하며, 4K 및 신흥 8K 형식에는 스트림당 15~45Mbps가 필요합니다. 클라우드 게임, 가상 현실 및 새로운 메타버스 애플리케이션에는 낮은 대기 시간과 지속적인 높은 대역폭이 필요합니다. 2020~2022년 원격 근무로의 전환으로 인해 비즈니스 화상 회의 트래픽과 클라우드 서비스 활용도가 영구적으로 높아졌습니다.

5G 네트워크 출시로 인해 네트워크 에지와 백홀 인프라에 막대한 대역폭 요구 사항이 발생합니다. 단일 5G 셀 사이트는 피크 기간 동안 10~100Gbps의 트래픽을 생성할 수 있으므로 이 트래픽을 핵심 네트워크로 집계하려면 일관된 광 전송이 필요합니다. 글로벌 5G 연결은 2024년에 15억 건을 넘어섰고 2028년에는 59억 건에 도달해 광 전송 용량도 그에 상응하는 성장을 이룰 것입니다.

하이퍼스케일러가 인공 지능 훈련 및 추론을 지원하기 위해 분산 컴퓨팅 인프라를 구축함에 따라 데이터 센터 확장은 일관된 장비 수요를 촉진합니다. 대규모 언어 모델을 훈련하려면 초-고대역폭-네트워크와 상호 연결된 수만 개의 GPU에 대한 병렬 처리가 필요합니다. 데이터 센터 운영자는 2024년에 자본 지출로 2,000억 달러 이상을 투자했으며, 광 상호 연결은 이 지출의 8~12%를 차지했습니다.

클라우드 서비스 마이그레이션은 둔화될 조짐을 보이지 않습니다. 팬데믹 기간 동안 클라우드 플랫폼으로의 엔터프라이즈 워크로드 마이그레이션이 가속화되었으며 조직이 하이브리드 및 멀티{1}클라우드 아키텍처를 채택함에 따라 계속됩니다. 이러한 구조적 변화는 주요 클라우드 제공업체 네트워크에 트래픽을 집중시킵니다. 모든 네트워크는 전 세계적으로 분산된 인프라를 상호 연결하기 위해 장거리 일관성 있는 광학 시스템에 크게 의존합니다.

인터넷 인프라의 지리적 확장은 개발도상국의 일관된 배포를 촉진합니다. 동남아시아, 아프리카, 라틴 아메리카에서는 지역 연결성을 개선하기 위해 해저 케이블 육양국과 지상 장거리-네트워크를 구축하고 있습니다. 이 지역의 해저 케이블 투자는 연간 50억 달러를 초과하며, 대부분의 새로운 시스템은 레거시 시스템에서 업그레이드하는 대신 처음부터 일관된 기술을 사용합니다.

 

경쟁 환경 및 주요 공급업체

 

코히어런트 광학 장비 시장에는 기존 통신 장비 공급업체와 전문 광학 부품 공급업체가 혼합되어 있습니다.

Ciena는 2008년에 코히어런트 40G 기술을 도입하여 상용 코히어런트 시스템을 개척했으며 이후 WaveLogic 세대를 통해 기술 리더십을 유지해 왔습니다. 2024년에 발표된 WaveLogic 6 플랫폼은 파장당 1.6Tbps를 달성하고 내장형 라인 카드와 플러그형 모듈 모두에 전원을 공급합니다. Ciena는 코히어런트 광 전송 시스템 분야에서 약 18~22%의 시장 점유율을 차지하고 있습니다.

Nokia의 PSE(Photonic Service Engine) 플랫폼은 지상 및 해저 애플리케이션을 모두 지원합니다. 네트워크 설계 및 통합 분야에서 회사의 강점은 일관성 있는 기술 포트폴리오를 보완합니다. Nokia는 특히 2022~2024년에 수주된 새로운 해저 케이블 프로젝트의 70% 이상에 광회선 터미널을 설계하거나 공급하면서 해저 시스템 분야에서 우위를 점하고 있습니다.

Huawei는 지정학적 요인으로 인해 지역별로 위치가 크게 다르지만 전 세계적으로 25-30%로 가장 큰 전체 시장 점유율을 유지하고 있습니다. 네트워크 인프라와 광학 시스템에 대한 회사의 통합 접근 방식은 단일{6}}공급업체 솔루션을 찾는 사업자에게 매력적입니다. Huawei의 OptiXtrans 플랫폼은 대도시, 지역 및 장거리 애플리케이션 전반에 걸쳐 400G~1.6Tbps 파장을 지원합니다.

Infinera는 광 네트워킹에만 중점을 두고 있으며 광 구성 요소의 수직 통합을 개척해 왔습니다. 이 회사는 비용을 절감하고 성능을 향상시키기 위해 단일 칩에 여러 광학 기능을 결합한 자체 광자 집적 회로를 제조합니다. Infinera의 ICE6 코히어런트 기술은 800G 파장을 지원하고 서비스 제공업체와 데이터 센터 시장을 모두 대상으로 합니다.

Cisco는 2021년 Acacia Communications 인수를 통해 코히어런트 시장에 진출하여 업계 최고의 코히어런트 DSP 기술을 확보했습니다.- Acacia의 실리콘 포토닉스 접근 방식은 일관성 있는 모듈의 대량 생산, 저비용-을 가능하게 합니다. Cisco는 이러한 모듈을 라우팅 플랫폼에 통합하여 웹-규모 데이터 센터 운영자에게 인기 있는 DWDM 솔루션을 통해-밀접하게 결합된 IP-를 생성합니다.

플러그형 일관성 모듈 부문은 다양한 경쟁 역학을 보여줍니다. Marvell은 일관성 있는 플러그형 모듈의 40% 이상에 사용되는 DSP 칩을 공급하며 여러 모듈 제조업체에 상용 실리콘 공급업체 역할을 합니다. Coherent Corp(이전 II{3}}VI), Lumentum 및 Broadcom은 다양한 DSP 및 실리콘 포토닉스 공급업체를 사용하여 완전한 모듈을 제조합니다. 2022년 Broadcom이 인수한 NeoPhotonics는 조정 가능한 레이저 및 광자 통합 분야에서 강력한 기능을 제공했습니다.

HiSilicon, ZTE 및 Fiberhome을 포함한 신흥 중국 공급업체는 중국이 기술 독립을 추구함에 따라 중국 내 배포에서 점유율을 얻고 있습니다. 이들 공급업체는 고유 광학 기술 개발에 대한 실질적인 정부 지원과 중국의 대규모 국내 시장에 대한 우선적 접근의 혜택을 받습니다.

 

기술 진화와 미래 방향

 

코히어런트 광학 기술은 여러 차원에 걸쳐 급속한 발전을 이어가고 있습니다.

변조 형식의 발전으로 복잡성을 관리하면서 스펙트럼 효율성을 높일 수 있습니다. 확률적 성상 형성은 전송된 기호의 분포를 최적화하여 채널 용량을 더 가깝게 일치시켜 균일한 성상 형식보다 0.5-1.5dB 더 나은 성능을 달성합니다. 기하학적 형태는 기호 확률이 아닌 성상점 배치를 수정하여 구현 복잡성을 낮추면서 유사한 이득을 제공합니다. 연구 시스템에서는 256-QAM 및 고차 형식을 시연했지만 실제 배포에서는 잡음 민감도로 인해 64-QAM을 초과하는 경우가 거의 없습니다.

디지털 부반송파 기술은 각 파장을 각각 독립적인 변조 및 코딩을 갖춘 여러 개의 더 좁은 부반송파로 나눕니다. 이 접근 방식은 균등화를 단순화하고, 더 미세한 용량 세분화를 가능하게 하며, 광섬유 비선형성에 대한 내성을 향상시킵니다. 파장당 2~8개의 부반송파를 사용하는 시스템은 상용 배포에 들어섰으며 연구 시연에서는 최대 16개의 부반송파의 이점을 보여줍니다.

공간 분할 다중화는 용량 확장의 차세대 개척지를 나타냅니다. 멀티-코어 파이버는 단일 파이버 클래딩 내에 4{4}}12개의 개별 코어를 배치하여 용량을 비례적으로 늘립니다. 번들로 묶이지 않은 섬유 리본은 기존의 단일{6}}코어 섬유와 유사한 이점을 얻습니다. 코어당 3{11}}6개의 공간 모드를 지원하는 -모드 광섬유는 거의 없지만 모드 결합으로 인해 등화 문제가 발생합니다. 상업적 배치는 여전히 특수 애플리케이션으로 제한되어 있지만 2025년 이후 배치되는 잠수함 시스템은 용량 거리 제품을 극대화하기 위해 멀티 코어 광섬유를 채택할 수 있습니다.

C-대역 이상의 스펙트럼 확장은 기존 광섬유 인프라를 사용하여 용량을 추가합니다. C+L 대역 시스템은 1530-1625나노미터의 10-11 THz 스펙트럼에서 작동하며, C-대역-전용 시스템에 비해 채널 수가 두 배로 늘어납니다. S-대역(1460-1530나노미터)은 추가로 7THz의 스펙트럼을 제공하지만 증폭기 기술은 아직 덜 성숙되어 있습니다. 연구에 따르면 결합된 S+C+L 대역의 16THz에 걸쳐 전송이 입증되었으며, 이는 C 대역만 사용할 때보다 용량이 4배 증가합니다.

소프트웨어- 정의 네트워킹과 네트워크 분리는 운영자가 일관성 있는 시스템을 배포하고 관리하는 방식을 바꾸고 있습니다. 개방형 라인 시스템은 광회선 단말기 하드웨어를 관리 소프트웨어에서 분리하여 다중-공급업체 상호 운용성을 가능하게 합니다. Telecom Infra Project의 OOPT(개방형 광학 패킷 전송) 이니셔티브는 일관된 트랜시버를 제어하기 위한 개방형 API를 정의합니다. 이러한 개발을 통해 공급업체 종속이 줄어들고-운영자가 용량을 최적화하고{6}}실제 트래픽 패턴을 기반으로 동적으로 절충점에 도달할 수 있습니다.

인공 지능과 기계 학습은 일관된 시스템 최적화에 적용할 수 있는 방법을 찾고 있습니다. AI 알고리즘은 실시간 광섬유 상태를 기반으로 최적의 변조 형식과 실행 전력을 예측하여 정적 구성에 비해 용량을 5{4}}15% 향상할 수 있습니다. 머신러닝 모델은 수신된 신호 품질의 미묘한 저하 패턴을 감지하여 오류에 영향을 미치는 서비스를 방지하는 예측 유지 관리를 지원합니다.- 강화 학습을 사용한 네트워크 전체 최적화는 개별 링크 제약 조건을 존중하면서 전체 네트워크 처리량을 최대화합니다.

양자 통신과 포스트{0}}양자 암호화는 미래의 일관된 시스템 설계에 영향을 미칠 것입니다. 양자 키 분배 시스템은 동일한 광섬유에서 기존의 일관성 있는 채널과 함께 실행될 수 있지만 전력 수준이 매우 낮기 때문에 신중한 누화 관리가 필요합니다. 포스트-양자 암호화 알고리즘에는 더 높은 계산 능력이 필요하며, 잠재적으로 회선 속도로 암호화 및 암호 해독을 수행하려면 미래 시스템에서 더 많은 기능을 갖춘 DSP가 필요할 수 있습니다.

 

구현 과제 및 솔루션

 

장거리{0}}일관적 시스템을 배포하려면 여러 가지 기술 및 운영 문제를 해결해야 합니다.

섬유 공장의 가변성은 시스템 성능에 불확실성을 야기합니다. 1990년대와 2000년대 초반에 설치된 광섬유는 현대 광섬유에 비해 더 높은 손실, 분산 기울기 변화 및 편광{3}의존 손실을 나타냅니다. 운영자는 전체 광섬유 플랜트의 정확한 특성을 거의 파악하지 못하므로 용량 계획이 어렵습니다. 솔루션에는 광섬유 매개변수를 지속적으로 측정하는 자동화된 테스트 시스템과 실제 링크 조건에 따라 작동 모드를 조정하는 적응형 트랜시버가 포함됩니다.

네트워크 운영자는 용량 요구 사항, 기술 성숙도, 예산 제약 사이에서 균형을 이루는 어려운 업그레이드 결정에 직면해 있습니다. 100G에서 400G 시스템으로 업그레이드하면 용량이 4배 증가하지만 새로운 단말 장비에 대한 투자가 필요합니다. 800G 기술을 기다리려는 유혹은 네트워크를 혼잡하게 만들 수 있는 계획 마비를 야기합니다. 실용적인 접근 방식에는 부하가 적은 경로에서 더 낮은-용량 시스템을 유지하면서 혼잡한 경로에 대한 선택적 업그레이드가 포함됩니다. 하드웨어가 400G 기능과 함께 제공되지만 초기에는 100G 또는 200G에서 활성화되는-용량-온디맨드 라이선스-를 제공하려는 공급업체의 의지는 위험 관리에 도움이 됩니다.

표준화 노력에도 불구하고 공급업체 장비 간의 상호 운용성은 여전히 ​​불완전합니다. OIF 400ZR 및 800ZR 사양은 상호 운용 가능한 플러그형 모듈을 정의하지만 공급업체는 옵션 기능을 다르게 구현합니다. 네트워크 타이밍 분포 및 외계인 파장 지원과 같은 고급 기능에는 신중한 검증이 필요합니다. 신중한 운영자는 프로덕션 배포 전에 상호 운용성을 확인하는 테스트 시설을 유지 관리하며, 표준-호환 인터페이스를 사용하는 경우에도 링크 엔드포인트에서 일치하는 공급업체 쌍을 사용하는 경우가 많습니다.

네트워크 시설의 전력 및 냉각 제약으로 인해 고용량 시스템 배포가 제한됩니다.- 완벽하게 갖춰진 -고밀도 파장 시스템은 랙당 10-20킬로와트를 소비할 수 있으며 이는 많은 오래된 중앙 사무실의 전력 공급 용량을 초과합니다. 저전력 장비용으로 설계된 냉각 시스템은 열 부하를 처리할 수 없습니다. 최신 코히어런트 장비를 지원하기 위한 시설 업그레이드 비용은 사이트당 500,000~200만 달러이며 때로는 광학 장비 자체 비용을 초과하기도 합니다.

 

자주 묻는 질문

 

코히어런트 광학 시스템의 최대 거리는 얼마입니까?

재생되지 않은 최대 거리는 변조 형식과 회선 속도에 따라 달라집니다. DP-QPSK 변조를 사용하는 시스템은 광-전기-광 재생 없이 2,000-3,000km에 도달할 수 있습니다. 잠수함 시스템은 최적화된 DSP와 고급 FEC를 사용하여 재생 지점 간 6,000{15}}10,000km 이상을 일상적으로 작동합니다. 가장 긴 해저 케이블은 끝에서 끝까지 20,000km를 초과하지만 중간 재생 지점을 포함합니다.

코히어런트 기술은 PAM4 변조와 어떻게 비교됩니까?

PAM4 변조는 100km 미만의 거리에서 더 낮은 비용과 전력 소비를 제공하므로 데이터 센터 상호 연결에 이상적입니다. 코히어런트 기술은 비용이 더 많이 들지만 200km를 초과하는 거리에 대해 뛰어난 도달 범위와 스펙트럼 효율성을 제공합니다. 크로스오버 지점은 특정 링크 요구 사항에 따라 다르지만, 500km를 초과하는 대부분의 장거리-애플리케이션은 적절한 신호-대-잡음 비율을 달성하기 위해 일관된 기술이 필요합니다.

최신 코히어런트 시스템은 어떤 변조 형식을 사용합니까?

일반적인 형식에는 최대 도달 범위를 위한 DP{0}}QPSK(기호당 4비트), 균형 잡힌 성능을 위한 DP-16QAM(기호당 8비트), 더 짧은 거리에서 최대 용량을 위한 DP-64QAM(기호당 12비트)이 포함됩니다. 고급 시스템은 확률적 성좌 형성을 사용하여 기호 분포를 최적화합니다. 최적의 형식은 링크 거리, 광섬유 품질 및 용량 요구 사항에 따라 달라지며 많은 시스템에서 형식을 동적으로 전환할 수 있습니다.

코히어런트 시스템이 기존 섬유 공장을 업그레이드할 수 있습니까?

코히런트 기술은 원래 2.5G 또는 10G 시스템용으로 설계된 광섬유를 포함하여 1990년대 이후에 설치된 광섬유와 함께 작동합니다. DSP는 색분산과 편광 효과를 전자적으로 보상하므로 레거시 시스템에 필요한 분산 보상 모듈이 필요하지 않습니다. 1980년대의 아주 오래된 광섬유는 과도한 손실이나 편광{6}}의존적 손실을 가져서 사용 가능한 용량을 제한할 수 있지만 1995년 이후의 대부분의 상업용 광섬유는 최신 일관성 전송을 지원합니다.

네트워크 용량은 비디오 스트리밍, 클라우드 서비스 및 원격 작업에 힘입어 2020년부터 2024년까지 매년 25~30% 증가했습니다. 서비스 제공업체 프로젝트는 2028년까지 연간 20~25%의 성장을 지속했으며 AI 애플리케이션이 이를 더욱 가속화할 가능성이 있습니다. 100G에서 400G 코히어런트 시스템으로의 전환은 주요 경로에서 대부분 완료되었으며, 2024~2025년에 800G 배포가 시작됩니다.

코히어런트 광학 시스템은 지난 15년 동안 장거리-네트워크 기능을 근본적으로 변화시켰습니다. 비트당 비용을 낮추면서 수천 킬로미터에 걸쳐 100G에서 1.6Tbps까지 전송하는 이 기술의 능력은 현대 애플리케이션이 요구하는 글로벌 연결을 가능하게 합니다. 대역폭 요구 사항이 지속적으로 증가함에 따라 코히어런트 광 시스템은 디지털 경제를 지원하는 필수 인프라로 남을 것입니다.