코히어런트 광학 장치로 대용량 전송 처리

 

 

코히어런트 광학은 광파의 진폭, 위상 및 편광을 변조하여{0}}고용량 전송을 가능하게 하여 광섬유 네트워크가 기존 강도 기반 방법보다 훨씬 더 많은 데이터를 전송할 수 있게 해줍니다.- 이 기술은 송신기와 수신기 모두에서 디지털 신호 처리를 사용하여 다양한 차원의 광 신호를 인코딩하여 1,000km를 초과하는 거리에서 파장당 100G~1.6T의 전송 속도를 달성합니다.

 

 

용량 증가 효과

 

간섭성 광학의 근본적인 장점은 빛의 물리적 특성을 활용하는 방법에 있습니다. 기존의 온{1}}키잉 시스템은 빛의 강도를 전환하여 이진 데이터를 표현하므로 용량은 파장당 약 10Gb/s로 제한됩니다. 코히어런트 시스템은 두 개의 직교 평면에 걸쳐 진폭 변화, 위상 변이, 편광 상태라는 세 가지 독립적인 속성을 동시에 변조합니다.

이러한 다차원{0}}인코딩은 엔지니어가 스펙트럼 효율성 이득이라고 부르는 것을 만들어냅니다. 이중- 편파 직교 위상 편이 변조를 사용하는 일관성 있는 시스템은 기존 시스템의 1비트와 비교하여 기호당 4비트의 정보를 전송합니다. 64-QAM(직교 진폭 변조)과 같은 고급 변조 방식과 결합하면 코히어런트 트랜시버는 스펙트럼 효율성을 이론적인 Shannon 한계까지 끌어올립니다.

용량 증가가 상당합니다.-코히어런트 광학은 기존의 온{2}}키 방식에 비해 최대 80배 더 많은 전송 용량을 제공합니다. 이러한 증폭 효과는 추가 광섬유를 설치하지 않고도 발생하므로 대역폭 제약에 직면한 네트워크 운영자에게 일관된 기술을 경제적으로 매력적으로 만듭니다.

코히어런트 시스템의 디지털 신호 프로세서는 현재 구현에서 100Gbaud를 초과하는 기호 속도를 처리합니다. 각 기호는 위상 각도와 진폭 레벨을 정밀하게 제어하여 여러 비트를 전달합니다. 예를 들어 64-QAM 시스템은 기호당 6비트를 결합하여 64개의 개별 신호 상태를 표현하지만 이를 위해서는 전송 거리 전반에 걸쳐 정확한 신호 품질을 유지해야 합니다.

 

디지털 신호 처리로 장거리 전송이 가능한 방법-

 

거리 기능은 일관성 있는 광학 제품과 대안 제품을 구분합니다. 코히어런트 트랜시버에 내장된 DSP 칩은 신호 품질을 저하시킬 수 있는 광케이블 손상에 대해 실시간으로 수학적 보상을 수행합니다.-

색분산은 다양한 광 파장이 섬유를 통해 약간 다른 속도로 이동하게 하여 광 펄스를 확산시킵니다. 10G 시스템에서는 60~80km마다 물리적 분산 보상 모듈이 필요했습니다. 코히어런트 DSP는 역수학적 변환을 적용하여 원래 신호를 디지털 방식으로 재구성하므로 부피가 큰 하드웨어가 필요하지 않습니다.

편광 모드 분산은 또 다른 과제를 제시합니다. 광섬유에는 빛을 서로 다른 속도로 이동하는 두 개의 편광 구성 요소로 분할하는 미세한 결함이 있습니다. 코히어런트 프로세서는 분극 상태를 빠르게 추적하여 비트 오류를 ​​방지하는 동시에 분극-에 따른 손실에 대한 허용 오차도 개선합니다. DSP는 이러한 수정 사항을 초당 수천 번 업데이트하여 변화하는 광섬유 상태에 적응합니다.

DSP에 통합된 순방향 오류 수정 알고리즘은 수신기가 재전송 없이 전송 오류를 감지하고 수정할 수 있도록 중복 데이터 패턴을 추가합니다. 높은-이득 소프트-결정 FEC를 사용하면 신호가 더 먼 거리를 이동할 수 있으면서도 더 적은 수의 재생기 지점이 필요하므로 더 먼 거리를 이동할 수 있는 더 높은 비트율-신호에 더 많은 마진을 제공합니다.

이러한 디지털 보상 기술의 조합은 일관성 있는 시스템이 정기적으로 2,000km 이상 오류 없는 전송을 달성하는 이유를 설명하며 일부 구성은 10,000km를 초과합니다. DSP는 본질적으로 광학 엔지니어링 문제를 물리적 계층에서 소프트웨어 알고리즘으로 이동합니다.

 

시장 궤도 및 배포 규모

 

코히어런트 광학 장비 시장은 이 기술의 상업적 추진력을 보여줍니다. 전 세계 코히어런트 광학 장비 시장의 가치는 2024년 169억 1천만 달러였으며, 연평균 성장률 7.8%를 반영해 2033년까지 332억 4천만 달러에 이를 것으로 예상됩니다. 이러한 성장은 일관된 기술을 동시에 배포하는 여러 부문에서 비롯됩니다.

데이터 센터 상호 연결은 가장 많은 양의 일관된 모듈을 사용합니다. 데이터 센터 애플리케이션은 메트로 및 지역 거리에 걸쳐 시설을 연결하는 대규모 사업자에 의해 주도되는 디지털 코히어런트 광트랜시버 수요의 58%를 차지합니다. 클라우드 제공업체는 지리적으로 분산된 센터 간에 데이터를 동기화하여 고용량 링크에 대한 지속적인 수요를 창출해야-합니다.

기술 스펙트럼은 여러 세대에 걸쳐 있습니다.{0}}G 코히어런트 트랜시버는 시장 점유율의 32%를 차지하며 기존 네트워크 업그레이드에 여전히 중요합니다. 북미와 유럽의 통신업체 중 40%가 100G 기술을 사용하고 있습니다. 한편, 400G 시스템은 성숙한 기술과 고용량의 균형을 유지하면서 현재 배포의 최적 지점을 나타냅니다.

새로운 세대가 생산에 들어가고 있습니다.{0}}G 코히어런트 모듈은 2024년에 출시되어 2025년에 확대되고 있으며, 1.6T 코히어런트 기술은 2025년에 일부 애플리케이션에서 대량 생산에 들어갔습니다. 업계 로드맵은 3.2T 시스템으로 확장되지만 아직 연구 단계입니다.

플러그형 일관성 모듈은 특히 채택 가속화를 촉진합니다. 이러한 핫{1}}스왑 가능 트랜시버는 DSP, 레이저, 변조기 및 수신기를 QSFP-DD와 같은 폼 팩터에 통합하여 라우터 및 스위치에 직접 삽입할 수 있습니다. 2024년에 구축된 일관된 대역폭의 70% 이상이 플러그형 모듈에 포함되어 독점 라인 카드에서 표준화된 구성 요소로 전환되었습니다.

 

다양한 사용 사례에 대한 아키텍처 변형

 

네트워크 운영자는 거리 및 용량 요구 사항을 기반으로 일관된 기술을 선택하여 고유한 배포 패턴을 만듭니다.

지하철 및 지역 네트워크(80-500km)

400ZR 표준은 더 짧은 지하철 거리를 지배합니다. 이 모듈은 데이터 센터 상호 연결에 최적화된 고정 변조 형식을 사용하여 최대 120km까지 400G 용량을 제공합니다. ZR+ ​​확장은 링크 상태에 따라 변조를 동적으로 조정하는 확률적 성상 형성을 통해 500km에 가까운 거리를 지원합니다.

2025년에 출시된 800G ZR/ZR+ 모듈은 이 패턴을 확장하여 ZR 모드에서 500km 이상, 고성능 ZR+ 모드에서 1,000km 이상의 전송을 지원합니다.{6}} 네트워크 사업자는 대도시 지역 내 및 인근 도시 간 데이터 센터를 연결하는 데 이를 사용합니다.

장거리-네트워크(500-2,000km)

장거리 전송에는 더 정교한 변조와 더 높은 전송 전력이 필요합니다. 이러한 시스템은 더 강력한 순방향 오류 정정 코드와 함께 QPSK 또는 16-QAM 변조를 사용합니다. 메트로 시스템에 비해 감소된 스펙트럼 효율성은 도달 범위에 대한 용량을 교환하지만 사업자는 조밀한 파장 분할 다중화를 배포하여 보상합니다.

일반적인 장거리{0}}시스템은 80{6}}96개의 파장을 단일 광섬유 쌍으로 다중화합니다. 파장당 400G에서 총 광섬유 용량은 초당 32-38테라비트에 도달합니다. 재구성 가능한 광 추가-드롭 멀티플렉서는 광-전기 변환 없이 중간 노드에서 동적 파장 라우팅을 가능하게 합니다.

해저 및 초-장거리-운송(2,000-10,000km)

대륙을 연결하는 해저 케이블은 가장 진보된 코히어런트 기술({0}}전세계 데이터 트래픽의 %가 해저 링크를 통해 흐름)을 배포합니다. 여기서는 코히어런트 광 기술을 통해 얻은 고용량, 장거리 및 신뢰성이 필수적입니다.-

해저 시스템은 신호{0}}대-잡음 비율을 기준으로 별자리 지점을 조정하는 확률적 형성을 사용하여 오류 없는 전송을 유지하면서 각 파장에서 최대 용량을 추출합니다.- 이러한 시스템은 50~80km 간격으로 외부 증폭을 사용하지만 축적된 광섬유 비선형성을 보상하기 위해 DSP 기능에 크게 의존합니다.

 

더 빠른 속도에서의 기술적 과제

 

일관된 시스템을 800G, 1.6T 이상으로 확장하면 100G에서는 중요하지 않은 엔지니어링 제약이 발생합니다.

신호-대-잡음비 저하

고차-변조 방식은 기호당 더 많은 비트를 포함하지만 성상점 사이의 간격을 줄입니다. 64개의 신호 상태를 갖는 64-QAM 시스템은 QPSK의 4개 상태에 비해 점 사이의 유클리드 거리가 훨씬 더 작습니다. 노이즈나 왜곡이 있으면 기호를 구별하기가 더 어려워지고 비트 오류율이 높아집니다.

이 솔루션에는 보다 강력한 순방향 오류 수정 알고리즘이 포함되지만 FEC는 계산 오버헤드를 추가합니다. DSP에 통합된 강력한 FEC는 전력 및 열 예산을 추가하여 밀도가 높은-장비에 열 관리 문제를 야기할 수 있습니다. 공급업체는 FEC 강도와 전력 소비 및 대기 시간의 균형을 맞춥니다.

아날로그 구성요소 대역폭 제한

기호 속도가 32Gbaud에서 100Gbaud 이상으로 증가함에 따라 아날로그 구성 요소는 더 넓은 주파수 범위를 처리해야 합니다. 기호 속도가 증가하고 변조 수준이 높아짐에 따라 송신기와 수신기의 아날로그 구성 요소로 인해 발생하는 신호 왜곡이 주요 문제가 됩니다.

변조기는 고속 신호를 정확하게 인코딩하기 위해 더 넓은 전기 대역폭이 필요합니다.- 광검출기와 트랜스임피던스 증폭기는 주파수-에 따른 감쇠를 도입하지 않고 광 신호를 전기 영역으로 변환해야 합니다. 아날로그--디지털 변환기에는 더 높은 샘플링 속도와 해상도가 필요하므로 전력 소비와 비용이 증가합니다.

비선형 섬유 효과

광섬유는 높은 전력 수준에서 비선형 동작을 나타냅니다. 커(Kerr) 효과는 굴절률이 광 강도에 따라 달라지게 하여 DWDM 시스템의 파장 간에 자체-위상 변조와 교차{2}}위상 변조를 생성합니다. 4-파장 혼합은 새로운 주파수에서 허위 신호를 생성하여 파장을 전달하는 데이터-에서 에너지를 훔칩니다.

DSP는 비선형 보상 알고리즘을 적용하지만 상당한 계산 리소스가 필요합니다. 수학에는 섬유를 통한 빛 전파를 설명하는 비선형 슈뢰딩거 방정식을 푸는 작업이 포함됩니다. 처리 복잡성은 거리와 파장 수에 따라 제대로 확장되지 않으므로 보상 정확도와 DSP 전력 예산 간의 균형이 필요합니다.{2}}

 

 

상호 운용성의 진화

 

초기 일관성 시스템은 공급업체 종속으로 인해 어려움을 겪었습니다.- 각 제조업체는 DSP에 고유한 변조 방식과 FEC 알고리즘을 구현했으며 링크의 양쪽 끝에 일치하는 트랜시버가 필요했습니다. 이로 인해 조달 제약이 발생하고 네트워크 설계 유연성이 제한되었습니다.

코히어런트 광 모듈은 역사적으로 상호 운용성이 부족하여 변조 및 코딩의 차이로 인해 링크의 양쪽 끝에 동일한 회사의 광 모듈이 필요했습니다. 광 인터네트워킹 포럼(Optical Internetworking Forum)은 변조 형식, FEC 코드 및 관리 인터페이스를 표준화하는 구현 계약을 통해 이 문제를 해결했습니다.

2020년에 완성된 400ZR 사양은 특정 FEC 매개변수를 사용하여 고정된 QPSK 변조 방식을 정의했습니다. 이를 통해 코히어런트 광학 분야에서 처음으로 다중 공급업체 상호 운용성이 가능해졌습니다. 네트워크 운영자는 다양한 공급업체로부터 모듈을 구매하고 호환성 테스트 없이 작동 링크를 설정할 수 있습니다.

OpenZR+는 확률적 형성 및 다중 변조 형식을 표준화하여 상호 운용성을 더 먼 곳으로 확장합니다. 트랜시버는 링크 초기화 중에 작동 모드를 협상하여 현재 광섬유 상태에 대한 최적의 매개변수를 선택합니다. 이러한 유연성은 운영자가 기존 섬유 공장의 용량을 극대화하는 데 도움이 됩니다.

OIF는 2024년에 1.6T 코히어런트 광 상호 연결 솔루션에 대한 노력을 시작했으며 상호 운용 가능한 1600ZR 및 1600ZR+ 구현 계약을 향해 진전을 이루고 있습니다. 각 세대에는 상호 운용성 제약 조건과 성능 최적화의 균형을 맞추기 위한 새로운 표준화 작업이 필요합니다.

 

에너지 효율성 고려 사항

 

코히어런트 시스템은 직접 감지 대안에 비해 전송된 비트당 더 많은 전력을 소비하므로{0}}데이터 트래픽이 기하급수적으로 증가함에 따라 지속 가능성에 대한 의문이 제기됩니다.

400G 코히어런트 플러그형 모듈은 일반적으로 15{5}}20와트를 소비하며 DSP는 8{8}}12와트를 차지합니다. 이에 비해 400G 직접 감지 모듈은 총 10-12와트를 소비합니다. 랙 규모에서는 격차가 더 넓어집니다. 36개의 코히어런트 포트가 있는 라우터는 광학 장치에만 550~700와트를 소비합니다.

그러나 시스템-수준의 효율성은 다른 이야기를 말해줍니다. 인프라 제공업체인 Colt Technology Services는 라우터- 기반 코히어런트 옵틱을 사용하여 97%의 에너지 절감을 보고했으며, 다른 운영업체는 64%의 자본 지출 절감을 달성했습니다. 이러한 절감 효과는 별도의 광 전송 장비를 제거하고 랙 공간, 냉각 요구 사항 및 관리 오버헤드를 줄이는 데서 비롯됩니다.

효율성 계산은 아키텍처 선택에 따라 달라집니다. 기존 네트워크는 스위칭을 위해 라우터를 사용하고 장거리 전송을 위해 별도의 DWDM 시스템을 사용하므로 각 경계에서 광---전기-대-광 변환이 필요합니다. 코히어런트 플러그형은 라우터가 DWDM 파장을 직접 생성하여 트랜스폰더 레이어를 제거하는 DWDM을 통한-IP를 지원합니다.

DSP 전력 소비는 더 작은 CMOS 프로세스 노드를 통해 각 세대마다 향상됩니다.{0}}nm DSP 제조 프로세스는 이전 세대에 비해 전력 소비를 크게 줄였으며, 5nm 및 3nm 프로세스는 추가적인 이점을 제공합니다. 실리콘 포토닉스 통합과 같은 고급 패키징 기술도 전기 상호 연결을 단축하여 전력을 줄입니다.

 

비용 역학 및 경제적 임계값

 

코히런트 옵틱스는 역사적으로 프리미엄 가격을 고수해 왔으며, 다른 대안이 도달 범위에서 경쟁할 수 없는 장거리 네트워크로 배포를 제한했습니다.{0}} 시장 역학은 이러한 경제적 경계를 변화시키고 있습니다.

구성 요소 통합으로 비용 절감이 가능합니다. 실리콘 포토닉 패키징 및 7nm DSP 개발을 통해 모놀리식 기판에 DSP, 레이저, 증폭기, 광{2}}검출기 및 RF 집적 회로를 포함하는 모듈을 제작할 수 있었습니다. 이러한 통합으로 제조 복잡성이 줄어들고 수율이 향상됩니다.

플러그형 폼 팩터는 대규모 볼륨에 걸쳐 개발 비용을 분산시켜 채택을 가속화합니다. 단일 QSFP-DD 설계는 생산 실행이 제한된 독점 라인 카드와 달리 여러 공급업체와 애플리케이션에 서비스를 제공합니다. 2024년에는 2천만 개가 넘는 400G 및 800G 데이터콤 광 모듈이 출하되어 이전 세대에서는 불가능했던 규모의 경제를 창출했습니다.

비용 교차점이 네트워크 가장자리에 더 가까워집니다. 5년 전만 해도 일관된 기술은 500km 이상에서만 의미가 있었습니다. 오늘날 400ZR 모듈은 특히 단순화된 아키텍처로 인한 운영 비용 절감을 고려할 때 80~120km에서 경제적으로 경쟁합니다. 일부 사업자는 총 소유 비용이 초기 자본 비용을 정당화하는 40km 지하철 링크에 일관된 시스템을 배포합니다.

경쟁이 심화되면서 가격 하락이 계속되고 있습니다. 데이터센터 상호 연결 애플리케이션은 2024년에 기록적인 수의 플러그형 코히어런트 모듈을 소비했으며 Marvell, Acacia 및 Ciena가 주요 공급업체였습니다. 경쟁 제품을 제공하는 여러 공급업체는 상품 수준으로 가격을 책정하지만 최신 세대의 기술 리더십은 여전히 ​​​​프리미엄을 요구합니다.

 

파장 분할 다중화와 통합

 

코히어런트 광학은 DWDM과 결합하여 광섬유당 용량을 테라비트 범위로 곱하여 최대 효과를 얻습니다.-

DWDM은 각 색상이 개별 신호를 전달하는 최대 96개 채널을 수용합니다. 각 파장이 일관된 변조를 통해 400G를 전달하면 총 용량은 광섬유 쌍당 38.4테라비트에 도달합니다. 이 곱셈 효과는 단일 광섬유가 수백 개의 병렬 연결을 대체할 수 있는 이유를 설명합니다.

코히어런트 시스템은 직접 감지 접근 방식에 비해 DWDM 배포를 단순화합니다.{0}} 코히어런트 광섬유 통신을 사용하면 DWDM 시스템에서 분산 보상 모듈이 필요하지 않습니다. 이 기능은 DSP에 의해 완료되기 때문입니다. 이전 DWDM 세대에서는 색분산 축적을 보상하기 위해 특정 간격으로 DCM을 배치하는 신중하게 설계된 분산 맵이 필요했습니다.

유연한 그리드 아키텍처는 추가 용량을 제공합니다. 기존 DWDM은 고정된 50GHz 또는 100GHz 채널 간격을 사용합니다. 스펙트럼 형성을 통해 캐리어를 서로 더 가깝게 압착하여 유연한 그리드 시스템의 용량을 최대화할 수 있습니다. 400G 코히어런트 채널은 적절한 필터링을 통해 75GHz의 스펙트럼을 차지할 수 있는 반면, 100G 채널은 37.5GHz만 필요하므로 운영자는 기존 광섬유에 더 많은 파장을 넣을 수 있습니다.

나이퀴스트 펄스 성형은 DSP에 정밀한 필터링을 적용하여 전송된 신호의 스펙트럼 폭을 좁힙니다. 이는 인접한 DWDM 채널 사이의 보호 대역을 줄여서 필터링되지 않은 신호에 비해 전체 시스템 용량을 10-20% 증가시킵니다. 이 기술을 사용하려면 신호 저하를 방지하기 위해 송신기와 수신기 DSP 간의 세심한 조정이 필요합니다.

 

확률적 쉐이핑을 통한 성능 최적화

 

고급 코히어런트 시스템은 확률적 성상 형성을 사용하여 광섬유 링크에서 추가 용량을 추출합니다. 이 기술은 전송된 신호에 다양한 기호 진폭이 나타나는 빈도를 조정합니다.

기존 QAM 시스템은 진폭과 위상 공간에 균일하게 성상점을 배포합니다. 확률적 형성은 의도적으로 낮은-진폭 기호를 높은-진폭 기호보다 더 자주 전송하여 전송된 신호 분포를 Shannon 이론에 따라 채널 용량을 최대화하는 특성에 일치시킵니다.

이점은 광섬유 전반에 걸친 신호{0}}대-잡음 비율 변화에서 비롯됩니다. 높은-진폭 기호는 더 많은 전송 전력을 필요로 하며 잡음에 더 취약합니다. 발생 빈도를 줄임으로써 시스템은 제한된 SNR 조건에서 더 높은 정보 속도를 달성하면서 더 낮은 평균 전력을 유지합니다.

800G ZR+ 모듈은 확률적 쉐이핑을 사용하는 고성능 모드에서 1,000{4}}km 이상의 전송을 달성하고 낮은 데이터 속도에서는 2,000km 이상을 전송합니다. 운영자는 특정 경로의 광섬유 품질과 증폭기 간격을 기반으로 거리에 따라 용량을 교환하도록 모듈을 구성합니다.

이 기술에는 정교한 DSP 알고리즘이 필요하며 계산 복잡성이 추가됩니다. 송신기는 데이터를 균일하지 않은 기호 분포로 인코딩해야 하며, 수신기는 이러한 패턴을 정확하게 디코딩해야 합니다. 현재 구현은 관리 가능한 복잡성과 함께 최적에 가까운-성능을 제공하는 가우스-형 분포에 중점을 두고 있습니다.

 

해저 케이블 시스템에 적용

 

해저 광섬유 네트워크는 신뢰성과 용량이 글로벌 통신 인프라에 직접적인 영향을 미치는 코히어런트 기술에 대한 가장 까다로운 애플리케이션을 나타냅니다.

해저 케이블은 유지 관리나 업그레이드를 위한 중간 액세스 지점 없이 수천 킬로미터에 걸쳐 있습니다. 코히어런트 광학은 해저 네트워크의 초기 비용과 전력 소비를 줄이면서 보안과 신호 무결성을 향상시킵니다. 극한의 거리에서도 오류 없는 전송을 유지하는- 이 기술의 능력은 이러한 설치에 필수적입니다.

최신 해저 시스템은 케이블당 16{5}}24개의 광섬유 쌍을 배포하며, 각 광섬유는 파장당 200~400G에서 80~120개의 파장을 전달합니다. 총 케이블 용량은 초당 수 페타비트에 이릅니다. 코히어런트 기술을 통해 구현된 파이버당 용량은 필요한 파이버 쌍 수를 줄여 케이블 비용과 물리적 크기를 줄입니다.

잠수함 시스템은 특수한 DSP 알고리즘을 사용하여 고유한 문제를 처리합니다. 해양 깊이에 따른 온도 변화는 섬유 특성에 영향을 미칩니다. 해양 해류는 분극 상태를 변화시키는 마이크로벤딩을 유발합니다. DSP는 해저 케이블의 25년 설계 수명 동안 이러한 환경 요인에 지속적으로 적응합니다.

수리 시나리오는 일관된 유연성을 통해 이점을 얻습니다. 케이블에 접합이 필요한 손상이 있는 경우 운영자는 영향을 받는 파장의 변조 형식과 FEC 강도를 조정하여 서비스를 유지하면서 접합 지점에서 증가하는 손실을 수용할 수 있습니다. 이러한 적응성은 고정 시스템에 비해 수리 복잡성을 줄여줍니다.

 

단일-광섬유 양방향 전송

 

최근 혁신을 통해 광섬유 쌍이 아닌 단일 광섬유를 통한 일관된 전송이 가능해지며, 효과적인 인프라 용량이 두 배로 늘어납니다.

단일 광섬유를 통한 기존의 광 전송은 두 개의 파장을 사용하여 다이플렉서 또는 순환기를 사용하여 반대 방향으로 정보를 전달합니다. 이 접근 방식은 저속-시스템에 적합하지만 파장 관리 요구 사항으로 인해 일관된 속도에서는 복잡해집니다.

XR 광학 아키텍처는 디지털 신호 처리를 활용하여 단일 레이저의 전송 및 수신을 디지털 하위 반송파라고 하는{0}}더 작은 주파수 하위 채널로 세분화하여 단일 광섬유에서 최대 200Gb/s의 양방향 트래픽을 지원합니다. 64개 파장에 걸쳐 배포하면 단일 가닥에서 용량이 12.8Tb/s에 도달합니다.

이 기술에는 신중한 스펙트럼 관리가 필요합니다. 디지털 부반송파는 단일 파장의 대역폭 내에서 서로 다른 주파수 슬롯을 점유하며, 중첩되지 않는 스펙트럼 영역을 사용하여 전송 및 수신 방향을 사용합니다.- DSP는 필터링을 수행하여 이러한 구성요소를 분리하고 방향 간 적절한 분리를 유지합니다.

Aire Networks는 지능형 코히어런트 플러그형 광학 장치를 사용하여 단일{0}}코히어런트 광섬유 전송을 배포하여 기존 인프라에 대한 투자 수익을 극대화하고 새 광케이블을 설치하는 데 필요한 상당한 자본 지출과 시간을 피했습니다. 이 배포 패턴은 운영자가 도관이나 덕트 공간의 섬유 부족에 직면하는 데 도움이 됩니다.

 

미래 용량 확장 경로

 

코히어런트 광학 로드맵은 현재의 800G 및 1.6T 시스템 이상으로 확장되지만 각 세대에서 물리적 제약이 더욱 까다로워집니다.

Microsoft 및 기타 대규모 클라우드 제공업체는 1.6T 및 기타 고급 코히어런트 광 트랜시버의 대규모 배포에 대한 업계 계획을 통해 2025년에 광 상호 연결 및 데이터 센터 트랜시버 확장에 대한 연구를 적극적으로 진행했습니다. 이러한 개발은 AI 워크로드 및 대규모 운영으로 인해 지속적인 용량 증가를 나타냅니다.

기호 비율 증가는 하나의 확장 경로를 제공합니다. 현재 100Gbaud 시스템은 140Gbaud 이상으로 발전할 수 있지만 이를 위해서는 모든 아날로그 구성 요소에서 비례적인 대역폭 증가가 필요합니다. 재료 물리학은 전자 장치가 얼마나 빠르게 전환할 수 있는지와 광검출기가 처리할 수 있는 대역폭의 양을 제한합니다.

고-차수 변조는 또 다른 방법을 제공합니다. 64-QAM에서 256-QAM 또는 1024-QAM으로 이동하면 기호당 비트가 증가하지만 성상점은 매우 가까워집니다. 이 접근 방식은 매우 높은 품질의 단거리 링크에서만 작동하거나 훨씬 더 강력한 FEC 코드가 필요합니다.

멀티-코어 또는 멀티{1}}모드 광섬유를 통한 공간 다중화는 장기적인-가능성을 나타냅니다. 이러한 섬유는 단일 가닥 내에 여러 개의 독립적인 공간 채널을 포함합니다. 이 기술은 아직 연구 단계에 있으므로 공간 채널 누화를 처리하려면 새로운 유형의 증폭기, 멀티플렉서 및 DSP 알고리즘이 필요합니다.

공동 패키지 광학 장치는 코히어런트 DSP를 스위치 실리콘 바로 옆에 배치하여 전기 경로 길이와 전력 소비를 줄임으로써 차세대 시스템을-지원할 수 있습니다.{2}}코히어런트 모듈은 공동 패키지 광학 장치 및 실리콘 포토닉스를 활용하여 통합 및 성능을 새로운 수준으로 끌어올립니다. 이 접근 방식은 수율 및 열 관리와 관련된 제조 문제에 직면해 있습니다.

 

자주 묻는 질문

 

기존 광섬유 시스템과 비교하여 코히어런트 광학은 어떤 용량을 지원합니까?

코히어런트 광학 시스템은 진폭, 위상 및 편광을 동시에 변조하여 기존 온-키잉 방식보다 80배 더 높은 용량을 달성합니다. 현재 시스템의 범위는 생산 시 파장당 100G~800G이며, 2025년에는 1.6T가 배포될 예정입니다. 최대 96개의 파장을 다중화하는 DWDM과 결합하면 단일-광섬유 용량은 초당 38테라비트를 초과합니다.

코히어런트 옵틱은 신호 재생성 없이 얼마나 멀리 전송할 수 있습니까?

전송 거리는 변조 형식과 광섬유 품질에 따라 달라집니다. Metro 400ZR 시스템은 120km에 도달하고 ZR+는 500km까지 확장됩니다. QPSK 변조 및 강력한 순방향 오류 수정 기능을 갖춘 장거리 구성은-2,000km를 달성합니다. 확률론적 형성 및 특수 DSP 알고리즘을 사용하는 해저 케이블 시스템은 재생 지점 간 거리가 10,000km를 초과합니다.

고용량 전송에 일관성 있는 DSP가 필수적인 이유는 무엇인가요?-

디지털 신호 프로세서는 장거리, 고용량-링크를 가능하게 하는 세 가지 중요한 기능을 처리합니다. 색분산과 편광 모드 분산을 수학적으로 보상하여 물리적 보상 모듈을 제거합니다. 전송 오류를 감지하고 수정하는 순방향 오류 수정 알고리즘을 구현합니다. 이는 동-위상 및 직교 신호 구성 요소를 모두 처리하고 추가 데이터를 전달하는 위상 정보를 복구하여 일관된 감지를 수행합니다.

일관성 있는 기술이 직접 감지 기술보다 더 비싼 이유는 ​​무엇인가요?-

코히런트 트랜시버에는 고급 프로세스 노드에서 제작된 정교한 DSP 칩, 정밀한 주파수 제어 기능을 갖춘 조정 가능한 레이저, 위상 정보를 인코딩하기 위한 복잡한 변조기 구조가 필요합니다. DSP만 모듈 비용의 40{3}}50%를 차지합니다. 그러나 시스템 수준의 경제성에서는 단순화된 아키텍처를 통해 제거된 장비와 운영 절감 효과를 고려할 때 80~120km를 초과하는 거리에 대해 일관된 기술을 선호합니다.

---

출처

VIAVI Solutions - Coherent Optics(https://www.viavisolutions.com)란 무엇입니까?

NTT R&D - 디지털 코히어런트 광전송 기술의 향후 개발

Ciena - Coherent Optics란 무엇입니까(https://www.ciena.com)

Straits Research - 코히어런트 광학 장비 시장 규모(2024-2033년)

글로벌 성장 통찰력 - 디지털 코히어런트 옵틱스 트랜시버 시장(2025-2034년)

Acacia Communications - Coherent Optics Outlook 2025(https://acacia-inc.com)

Cignal AI - 8002025년 GbE 광학 시장 보고서

Coherent Corp. - 800G ZR/ZR+ 제품 발표 2025

Infinera - 단일-Fiber Coherent 광전송 사례 연구 2024

FiberMall - 코히어런트 광통신 기술 2025