Was ist ein optisches Modul?
Eine Nachricht hinterlassen
Wenn es um optische Module geht, bin ich sicher, dass jeder mit ihnen sehr vertraut ist. Mit der schnellen Entwicklung der optischen Kommunikation haben viele Szenarien in unserer Arbeit und unseres Lebens "Faser -Austausch von Kupfer" erreicht. Das heißt, Metallmedium Kommunikation, dargestellt durch Koaxialkabel undNetzwerkkabelwird allmählich durch optische Medien der optischen Faser ersetzt. Optische Module sind eine Kernkomponente vonGlasfaserKommunikationssysteme.
1. Zusammensetzung der optischen Module
Das optische Modul, der als optischer Transceiver in englischer Sprache bezeichnet wird, ist ein allgemeiner Begriff für verschiedene Modulkategorien, einschließlich optischer Empfängermodule, optische Sendermodule, optische Transceivermodule und optische Weiterleitungsmodule.
Wenn wir heute über optische Module sprechen, bedeuten wir normalerweise optische Transceiver (und dies wird im gesamten Text der Fall sein).
Optische Module arbeiten an der physischen Schicht, der unteren Schicht des OSI -Modells. Seine Funktion ist recht einfach: Es erreicht die photoelektrische Konvertierung. Es wandelt optische Signale in elektrische Signale und elektrische Signale in optische Signale um.
Obwohl es einfach erscheint, ist der technische Inhalt im Implementierungsprozess nicht niedrig.
Ein optisches Modul besteht typischerweise aus einem optischen Sender (TOSA, Sender optischer Subassemblik, enthält eine Laserdiode), einen optischen Empfänger (ROSA, Empfänger optischer Unterassemblierung, ein Fotodetektor), funktionale Zirkuiten und optische (elektrische) Schnittstellen.
Am Übertragungsende verarbeitet der Treiberchip das ursprüngliche elektrische Signal und treibt dann die Halbleiter-Laserdiode (LD) oder die lichtemittierende Diode (LED) an, um ein moduliertes optisches Signal zu emittieren.
Am empfangenden Ende wird es nach dem Eingeben des optischen Signals durch einen Fotodetektor in ein elektrisches Signal umgewandelt und dann nach einem Vorverstärker ausgegeben.
2. Verpackung von optischen Modulen
Für Anfänger sind der frustrierendste Aspekt der optischen Module die äußerst komplexen Verpackungsnamen und die verwirrende Reihe von Parametern.
Die Verpackung kann einfach als Formfaktorstandard verstanden werden. Dies ist die Hauptmethode, um optische Module zu unterscheiden.
Die schnelle Entwicklung der optischen Faserkommunikationstechnologie ist der Hauptgrund für die Vielzahl der Verpackungsstandards.
Die Geschwindigkeit der optischen Module nimmt ständig zu, und ihre Größe schrumpft, sodass alle paar Jahre neue Verpackungsstandards eingeführt werden. Die Kompatibilität zwischen alten und neuen Verpackungsstandards ist normalerweise schwierig.
Darüber hinaus sind die verschiedenen Anwendungsszenarien optischer Module auch ein Grund für die Erhöhung der Verpackungsstandards. Unterschiedliche Übertragungsabstände, Bandbreitenanforderungen und Verwendungsorte entsprechen verschiedenen Arten von optischen Fasern und damit unterschiedlichen optischen Modulen.
Ich habe einige Klassifizierungsmethoden für optische Module aufgelistet, einschließlich Verpackungen, wie in der folgenden Tabelle gezeigt:
3. Klassifizierung optischer Module
Bevor Sie Verpackungen und Klassifizierung erläutern, stellen wir die Standardisierungsorganisationen für die optische Kommunikation vor. Weil diese Verpackungsstandards von Standardisierungsorganisationen bestimmt werden.
Derzeit gibt es mehrere globale Organisationen, die die optische Kommunikation standardisieren, wie das bekannte IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), ITU-T (International Telecommunication Union), MSA (Multi-Source-Abkommen), OIF (optisches Internetbearbeitungsforum), CCSA (China Communications Standards Association) usw. usw.
Die am häufigsten verwendeten in der Branche sind IEEE und MSA.
Möglicherweise sind Sie mit MSA nicht vertraut. Sein englischer Name ist Multi -Quell -Vereinbarung. Es handelt sich um eine Multi-Anbieter-Spezifikation, eine nicht offizielle Organisationsform im Vergleich zu IEEE, die als Verhalten des Industrieallianz verstanden werden kann.
Beginnen wir nun mit der Einführung der Verpackung.
Zunächst können Sie sich das folgende Bild ansehen, das die Entstehungszeit verschiedener Verpackungen und deren entsprechende Arbeitsgeschwindigkeiten genau beschreibt.
4. Gemeinsame Verpackung
GBIC
GBIC steht für Giga Bitrate Interface Converter. Vor 2000 war GBIC die beliebteste optische Modulverpackung und die am häufigsten verwendete Gigabit -Modulform.
SFP
Aufgrund der großen Größe von GBIC erschien SFP später und ersetzte die Position von GBIC. SFP, der vollständige Name des kleinen Formfaktors, ist ein kleines optisches Modul mit heißer, heißer Plugik. Seine geringe Größe ist relativ zu GBIC -Verpackungen.
Das Volumen von SFP wird im Vergleich zu GBIC -Modulen um die Hälfte reduziert, sodass die Anzahl der Ports mehr als doppelt so hoch ist, dass sie auf demselben Panel konfiguriert werden können. In Bezug auf die Funktionalität unterstützen beide Hot-Plugging. SFP unterstützt eine maximale Bandbreite von 4 Gbit / s.
Xfp
XFP ist 10- Gigabit Small Form-Factor Pluggable. Es verwendet ein serielles Einzelkanalmodul mit einer XFI-Verbindung (10 GB serielle Grenzfläche), die Xenpak und seine Derivatprodukte ersetzen kann.
SFP+
SFP+ ist auch ein 10G optisches Modul. Seine Größe stimmt mit SFP überein, kompakter (um etwa 30%reduziert) als XFP und verbraucht weniger Leistung (reduziert einige Signalkontrollfunktionen).
SFP28
SFP28 mit einer Geschwindigkeit von 25 Gbit / s lag hauptsächlich daran, dass die Preise von 40 g und 100 g optischen Modulen zu diesem Zeitpunkt zu hoch waren, sodass diese Kompromiss -Übergangslösung eingeführt wurde.
Qsfp/qsfp+/qsfp28/qsfp 28- dd
Quad Small Form-Factor Steckbar, eine Vierkanal-SFP-Schnittstelle. Auf dieses Design wurden viele ausgereifte Schlüsseltechnologien in XFP angewendet.
Qsfp kann in 4 × 10 g qsfp+, 4 × 25g qsfp28, 8 × 25g qsfp 28- dd optische Module usw. unterteilt werden.
Beispielsweise ist QSFP28 für 4x25GE -Zugangsports geeignet. Unter Verwendung von QSFP28 ist es möglich, von 25 g auf 100 g zu aktualisieren, ohne 40 g zu durchlaufen, wodurch die Kabelschwierigkeit erheblich vereinfacht und die Kosten gesenkt werden.
QSFP-DD
DD wurde im März 2016 gegründet und steht für "Doppeldichte". Es erhöht die vier Kanäle vonQSFPauf acht Kanäle.
Es ist mit QSFP -Lösungen kompatibel. Die ursprünglichen QSFP28 -Module können weiterhin verwendet werden. Fügen Sie einfach ein anderes Modul ein. Die Anzahl der elektrischen Kontakte aufQSFP-DDist doppelt so hoch wie qsfp28.
QSFP-DD verwendet 25 Gbit / s NRZ oder 50 Gbit / s PAM4-Signalformate pro Kanal. Mit PAM4 kann es bis zu 400 Gbit / s -Raten unterstützen.
PAM4
PAM4 (4 Pulsamplitudenmodulation) ist eine "Verdoppelung" -Technologie.
Bei optischen Modulen erhöhen Sie, wenn Sie eine Ratenverbesserung erzielen möchten, entweder die Anzahl der Kanäle oder erhöhen die Rate eines einzelnen Kanals.
Herkömmliche digitale Signale verwenden hauptsächlich NRZ-Signale (Nicht-Return-turn-turn-Null-Signale), wobei hohe und niedrige Signalpegel verwendet werden, um die Informationen des digitalen Logiksignals 1 und 0 darzustellen, wobei jedes Signalsymbolzeitraum 1 Bit logischer Informationen überträgt.
PAM4 -Signale verwenden vier verschiedene Signalpegel für die Übertragung, wobei jede Symbolperiode 2 Bit logischer Informationen darstellt (0, 1, 2, 3). Unter derselben physischen Kanalbandbreite überträgt PAM4 die doppelt so viele Informationen wie NRZ -Signale, wodurch eine Verdoppelung der Rate erreicht wird.
CFP/CFP2/CFP4/CFP8
Centum Gigabits bilden steckbar, ein dichtes optisches Kommunikationsmodul der Wellenlänge. Die Übertragungsrate kann 100-400 gbps erreichen.
CFP basiert auf der SFP -Schnittstelle mit einer größeren Größe und unterstützt die Datenübertragung von 100 Gbit / s. CFP kann ein einzelnes 100G -Signal, ein oder mehrere 40G -Signale unterstützen.
Der Unterschied zwischen CFP, CFP2 und CFP4 liegt in ihrer Größe. Die Größe von CFP2 beträgt die Hälfte des CFP und CFP4 ist ein Viertel des CFP.
CFP8 ist ein Verpackungsformular, das speziell für 400 g vorgeschlagen wurde, wobei eine Größe ähnlich wie CFP2 ist. Es unterstützt Kanalraten von 25 Gbit / s und 50 Gbit / s, wodurch 400 GBPS -Modulraten über 16x25G oder 8x50 elektrische Schnittstellen erzielt werden.
OSFP
Dies ist etwas leicht mit dem verwechseltOSPFRouting -Protokoll.
OSFP,Oktal kleiner Formfaktor steckbar, "O" steht für "Octal", das offiziell im November 2016 eingeführt wurde.
Es ist so konzipiert, dass es acht elektrische Kanäle verwenden soll, um 400 GBE (56 GBE) zu erreichen. Das 56GBE-Signal wird jedoch durch einen 25-g-DML-Laser unter PAM4-Modulation gebildet), etwas größer als die qSFP-DD, mit optischen Motoren mit höherer Wattierung und Transceivers und leicht besserer Wärmedissipationsleistung.
Dies sind einige der gängigen Standards für optische Modulverpackungen.
5. 400g optische Module
Wie Sie vielleicht bemerkt haben, habe ich drei Arten von optischen Modulen erwähnt, die während der Einführung von Verpackungen 400 Gbit / s unterstützen: QSFP-DD, CFP8 und OSFP.
400G ist derzeit die wichtigste Wettbewerbsrichtung in der optischen Kommunikationsindustrie. Jetzt befindet sich auch 400G in den frühen Stadien der groß angelegten kommerziellen Nutzung.
Aufgrund der groß angelegten Einführung der 5G-Netzwerkkonstruktion und der schnellen Entwicklung von Cloud Computing und großem Maßstab ist die Nachfrage der IKT-Branche nach 400G immer dringender geworden.
Early 400G optische Module verwendeten eine 16- Lane 25Gbit / s NRZ -Implementierungsmethode unter Verwendung von CDFP- oder CFP8 -Verpackungen.
Diese Implementierungsmethode profitiert von der Verwendung der reifen 25G -NRZ -Technologie, die für 100G -optische Module entwickelt wurde. Der Nachteil besteht jedoch darin, dass 16 Spuren paralleler Übertragung erforderlich sind, was zu einem höheren Stromverbrauch und einer größeren Größe führt, die für Rechenzentrumanwendungen nicht geeignet ist.
Später begann PAM4, NRZ zu ersetzen.
Auf der optischen Seite wird die 400-g-Signalübertragung hauptsächlich unter Verwendung von 8 Spuren von 53 Gbit / s PAM4 oder 4 Spuren von 106 Gbit / s PAM4 erreicht, und auf der elektrischen Seite werden 8 Spuren von 53 Gbit / s-PAM4-Elektrosignalen mit OSFP- oder QSFP-DD-Verpackungsformen verwendet.
Vergleichsweise ist die QSFP-DD-Verpackung kleiner (ähnlich der herkömmlichen 100-g-optischen Modul-QSFP28-Verpackung), die eher für Rechenzentrumsanwendungen geeignet ist. Die OSFP -Verpackung ist etwas größer, und da sie mehr Strom liefern kann, eignet sie sich besser für Telekommunikationsanwendungen.
Derzeit sind 400G optische Module, unabhängig von den Verpackungsmethoden, sehr teuer, weit davon entfernt, die Erwartungen der Benutzer zu erfüllen. Daher können sie nicht schnell populär gemacht werden.
Eine weitere bemerkenswerte Technologie ist die Siliziumphotonik, die allgemein als Siliziumphotonik bezeichnet wird.
Die Siliziumphotonik hat in der 400 -g -Ära umfassende Anwendungen und eine starke Wettbewerbsfähigkeit und wird von vielen Unternehmen und Forschungsinstitutionen viel Aufmerksamkeit erregt.
6. Schlüsselkonzepte optischer Module
Nachdem wir 400G kurz erwähnt haben, fahren wir mit der Klassifizierung optischer Module fort.
Basierend auf Verpackungen, kombiniert mit einigen Parametern, wird die Benennung optischer Module auftreten.
Nehmen wir zum Beispiel 100G, wir sehen häufig die folgenden Arten von optischen Modulen:
Die Standards, die mit 100 GBase beginnen, werden von der IEEE 802.3 Arbeitsgruppe vorgeschlagen. PSM4 und CWDM4 stammen von MSA.
PSM4 (Parallel Einmodus 4-Spuren, paralleler Einzelmodus-Vierkanal)
CWDM4 (Grobwellenlänge Multiplexer 4 Spuren, Vierkanaler grobe Wellenlänge Multiplexing)
Schauen wir uns die Benennung von IEEE 802.3 an:
Wie in der obigen Abbildung gezeigt:
In dem 100-GBASE-LR4-Namen LR bedeutet LR Long Reach, dh 10 km und 4 bedeutet vier Kanäle, dh 4*25 g, zusammen, um ein 100-g-optisches Modul zu bilden, das 10 km übertragen kann.
Die Namensregeln für -r sind wie folgt:
Der Grund, warum es 100 GBASE und MSAs PSM4 und CWDM4 von IEEE gibt, ist, dass die von 100 GBase-SR4 unterstützte Entfernung zu kurz war und nicht alle Anforderungen an die Verbindungsanlage erfüllen konnte, während die Kosten von 100 GBase-LR4 zu hoch waren. PSM4 und CWDM4 bildeten bessere Mittelstreckenlösungen.
Neben der Entfernung und Anzahl der Kanäle werfen wir einen Blick auf die zentrale Wellenlänge.
Die Wellenlänge des Lichts bestimmt direkt die physikalischen Eigenschaften. Derzeit betragen die in optischen Fasern verwendeten zentralen Lichtwellenlängen hauptsächlich 850 nm, 1310 nm und 1550 nm (NM -Ständer für Nanometer).
Unter diesen wird 850 nm hauptsächlich für Multimode verwendet, und 1310 nm und 1550 nm werden hauptsächlich für den Einzelmodus verwendet.
Weitere Informationen zu Einzelmodus und Multimode finden Sie in unserer früheren Diskussion über optische Fasern.
Wenn das bloße Modul nicht markiert ist, ist es leicht zu verwirren, wenn das nackte Modul nicht markiert ist.
Daher unterscheiden die Hersteller sie im Allgemeinen durch die Farbe des Pull -Rings:
Ziehen Sie Ring aus Blau und Gelb
Hier erwähnen wir auch WDM CWDM und DWDM, was Sie oft sehen sollten.
WDM steht für die Wellenlängenabteilung Multiplexing. Einfach ausgedrückt, multiplexen Sie verschiedene optische Wellenlängensignale in dieselbe optische Faser für die Übertragung.
Tatsächlich ist das Multiplexing der Wellenlängenabteilung eine Art Multiplexing der Frequenzteilung. Wellenlänge × Frequenz=Geschwindigkeit des Lichts (fester Wert), sodass die Dividierung durch Wellenlänge tatsächlich durch Frequenz dividiert wird. In der optischen Kommunikation sind die Menschen an die Benennung durch Wellenlänge gewöhnt.
DWDM ist dichtes WDM und CWDM ist grobes WDM. Aus den Namen sollten Sie verstehen, dass das Wellenlängenintervall in D-WDM kleiner ist.
Der Vorteil von WDM ist eine große Kapazität und kann über lange Strecken übertragen werden.
Übrigens ist Bidi (bidirektional) unidirektional, eine optische Faser, bidirektionale Übertragung und Rezeption. Das Arbeitsprinzip ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Es fügt tatsächlich einen Filter hinzu. Die Wellenlängen für Übertragung und Rezeption sind unterschiedlich und ermöglichen eine gleichzeitige Übertragung und Rezeption.
7. Grundindikatoren für optische Module
Die grundlegenden Indikatoren für optische Module umfassen hauptsächlich die folgenden:
Optische Ausgabeleistung
Die optische Leistung der Ausgabe bezieht sich auf die optische Leistung der Lichtquelle am Sendeende des optischen Moduls. Es kann als Lichtintensität mit Einheiten von W oder MW oder DBM verstanden werden. Unter ihnen sind W oder MW lineare Einheiten und DBM sind logarithmische Einheiten. In der Kommunikation verwenden wir normalerweise DBM, um die optische Kraft darzustellen.
Eine 3DB -Reduzierung der optischen Leistung bedeutet, dass sie halbiert ist, und 0 DBM entspricht 1MW.
Maximale Empfindlichkeitsempfindlichkeit
Die Empfindlichkeit bezieht sich auf die minimal empfangene optische Leistung des optischen Moduls unter einer bestimmten Rate und Fehlerrate mit DBM -Einheiten.
Je höher die Rate, desto schlechter die Empfindlichkeit, desto schlechter, dh desto größer ist die minimal empfangene optische Leistung und desto höher die Anforderungen für die empfangenden Endgeräte des optischen Moduls.
Aussterbenverhältnis
Das Aussterbenverhältnis ist einer der wichtigen Parameter, die zur Messung der Qualität eines optischen Moduls verwendet werden.
Es bezieht sich auf das minimale Verhältnis der durchschnittlichen optischen Leistung des Signals unter vollständigen Modulationsbedingungen zu der durchschnittlichen optischen Leistung des Raumsignals, was die Fähigkeit anzeigt, zwischen 0 und 1 Signalen zu unterscheiden. Zwei Faktoren, die das Extinktionsverhältnis in optischen Modulen beeinflussen, sind der Verzerrungsstrom (Vorspannung) und Modulationsstrom (MOD), der als er=Bias/Mod betrachtet werden kann.
Der Aussterben -Verhältniswert ist nicht unbedingt höher; Ein optisches Modul mit einem Extinktionsverhältnis, das dem 802.3 -Standard entspricht, ist gut.
Optische Sättigung
Auch als sättigende optische Leistung bezeichnet, bezieht sie sich auf die maximale optische Leistung der Eingabe unter einer bestimmten Übertragungsrate, während eine bestimmte Fehlerrate ({10-10-10-12) mit Einheiten von DBM beibehalten wird.
Es ist zu beachten, dass der Fotodetektor unter starker Lichtbestrahlung ein Sättigungsphänomen aufweist. Wenn dieses Phänomen auftritt, benötigt der Detektor eine bestimmte Zeit, um sich zu erholen, in dem die Empfindungsempfindlichkeit abnimmt, und das empfangene Signal kann falsch eingeschätzt werden, was zu einem Fehlerphänomen führt, und es ist auch sehr einfach, den Empfangsende Detektor zu beschädigen. Daher sollte es vermieden werden, seine sättigende optische Leistung während der Verwendung zu überschreiten.
8. Branchenkette von optischen Modulen
Lassen Sie uns schließlich kurz über die Branchenkette der optischen Module sprechen.
Derzeit ist der Markt für optische Modul sehr heiß, hauptsächlich wegen 5G undRechenzentrenwie bereits erwähnt.
Die beiden teuersten Aspekte der 5G -Netzwerkkonstruktion sind Basisstationen und das optische Transportnetz. Im optischen Transportnetz ist der Wassergehalt der optischen Fasern nicht viel, aber optische Module sind ziemlich problematisch.
Im Zentrum von optischen Modulen ist die teuerste Komponente der Chip. Die Chips im Laser- und Fotodetektor machen mehr als die Hälfte der Kosten aus.
Die aktuelle Situation lautet: Ausländische Hersteller haben einen Vorteil in High-End-Chips, während inländische Hersteller einen Vorteil in Chips mit mittlerer bis niedriger Spur haben. Inländische Hersteller machen jedoch kontinuierlich Durchbrüche auf dem High-End-Markt. Die Gewinnmarge von High-End-Chips ist höher als die von Low-End, was offensichtlich ist.
Insgesamt gibt es in China über 1000 optische Kommunikationsunternehmen, aber die Gewinnmargen sind alle sehr niedrig. Darüber hinaus in der Industriekettenstruktur, mit denen Gerätehersteller ausgerichtet sind (Hersteller von Geräten (Huawei, ZTE), optische Kommunikationsunternehmen sind ebenfalls relativ "bescheiden" und haben keine Verhandlungsmacht.
Der Branchenwettbewerb ist heftig und neue Produkte, High-End-Produkte, haben mehr Gewinn, aber im Laufe der Zeit wird der Gewinn schrumpfen.
Wie auch immer, es ist ungefähr so.
