Os transceptores conectáveis coerentes transformaram as comunicações ópticas, proporcionando melhorias substanciais na capacidade de comprimento de onda, alcance e eficiência espectral, ao mesmo tempo que reduzem os custos por bit e o consumo de energia. Mas o que há dentro desses dispositivos compactos e poderosos? Acompanhe nossa série de duas partes enquanto dissecamos o conectável coerente.
Comunicação óptica coerente: o básico
A comunicação óptica coerente utiliza modulação coerente na extremidade de transmissão de um link de fibra óptica e tecnologia coerente adicional na extremidade de recepção para detecção. Nesta técnica, tanto a amplitude quanto a fase das ondas de luz são moduladas para representar dados digitais, permitindo a transmissão de informações em alta velocidade e longa distância. Na extremidade receptora, técnicas sofisticadas de processamento de sinais são usadas para detectar e decodificar os sinais transmitidos com precisão, mesmo na presença de ruído e distorção. Manter uma referência de fase entre os sinais transmitidos e recebidos permite uma detecção e extração de informações mais precisas. A comunicação coerente permite taxas de dados mais altas em distâncias de transmissão mais longas e maior eficiência espectral em comparação com outros métodos de comunicação óptica, como NRZ (sem retorno a zero) ou PAM-4 (modulação de amplitude de pulso – 4 níveis).
Transceptores conectáveis coerentes: Tecnologia avançada em um formato compacto
Transceptores conectáveis coerentes são módulos ópticos compactos que integram tecnologia óptica coerente em um formato que pode ser facilmente conectado a switches, roteadores e outros equipamentos de rede. Os recentes avanços na tecnologia conectável coerente, disponíveis nos formatos QSFP-DD ou OSFP, oferecem maior densidade quando comparados aos transponders coerentes incorporados ou aos transceptores CFP2. Além da densidade aprimorada, esses módulos conectáveis também fornecem velocidades mais altas e alcance estendido, ao mesmo tempo em que aproveitam a flexibilidade e a conveniência dos módulos conectáveis e hot-swap.
Tecnologia coerente: esquemas e padrões de modulação
A tecnologia coerente revoluciona a comunicação óptica ao empregar técnicas sofisticadas de modulação e codificação para melhorar a transmissão de dados de longo alcance em redes de fibra óptica. No contexto de padrões conectáveis coerentes, essas técnicas de modulação e codificação desempenham um papel central na definição das especificações e requisitos de desempenho dos transceptores conectáveis. Ao aderir a tecnologias e protocolos padronizados, os transceptores conectáveis coerentes garantem interoperabilidade, compatibilidade e escalabilidade em diversos ambientes de rede.
Tipos de modulação coerente
Um diagrama de constelação é frequentemente usado para representar o sinal modulado por um esquema de modulação digital. Ele exibe o sinal como um diagrama de dispersão xy bidimensional no plano complexo em instantes de amostragem de símbolos, conforme mostrado na Figura 2 para NRZ, PAM-4 e QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying).
A óptica não coerente normalmente usa esquemas de modulação mais simples, como NRZ ou PAM-4, enquanto a óptica coerente emprega esquemas mais avançados, como QPSK. As técnicas avançadas de modulação utilizadas em comunicações ópticas coerentes aproveitam a fase e/ou amplitude do sinal da portadora óptica e múltiplas polarizações. Estes novos formatos são essenciais para alcançar elevadas taxas de transmissão de dados e para melhorar a eficiência espectral do sistema de comunicação óptica.
i) Phase-Shift Keying (PSK)
As técnicas de modulação PSK, como QPSK e 8PSK, modulam o sinal da portadora alterando sua fase. QPSK é amplamente utilizado em sistemas de comunicação óptica coerente, especialmente em transceptores coerentes de 100G e 200G. Ele codifica dois bits de dados digitais por símbolo, modulando a fase do sinal da portadora óptica em quatro estados diferentes, normalmente separados por 90 graus. QPSK oferece um equilíbrio entre eficiência espectral e robustez contra deficiências como dispersão cromática e dispersão no modo de polarização.
ii) Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM)
QAM é um formato de modulação mais sofisticado que combina modulação de fase e amplitude. Ele permite a transmissão de múltiplos bits por símbolo, modulando a fase e a amplitude do sinal da portadora óptica. Uma modulação de 4-QAM teria a mesma constelação de uma modulação QPSK. Modulações de ordem superior, como 16-QAM, 64-QAM ou até mais altas, podem atingir taxas de dados mais altas, mas exigirão um processamento de sinal mais complicado e uma relação sinal-ruído mais alta.
Um exemplo prático de um transceptor 400G ZR Coherent usando modulação 16QAM sem ruído (imagem à esquerda) e com ruído adicionado (imagem à direita) é mostrado na Figura 5. Quanto mais ruidosa for a transmissão, mais difícil será para o receptor diferenciar cada símbolo transmitido e erros ocorrerão.
Dependendo do tipo de transceptor, taxa de dados e aplicação, diferentes esquemas de modulação serão usados. Normalmente, você verá os seguintes esquemas de taxa de dados e modulação emparelhados:
Contudo, estas taxas de dados e aplicações não se limitam a estas modulações. Por exemplo, uma aplicação que usa 400G – DP-8QAM pode permitir um alcance maior, pois os requisitos de SNR óptico serão menores em comparação com um DP-16QAM de 400G.
Técnica de polarização dupla
Outra importante técnica empregada em óptica coerente que permite o aumento da taxa de dados (também utilizada em transmissões sem fio, por exemplo) é a dupla polarização (DP). Nas técnicas de polarização dupla, o mesmo sinal é transmitido em duas polarizações ópticas ortogonais em um ângulo de 90 graus, duplicando efetivamente a quantidade de dados transmitidos (ver Figura 6). A dupla polarização aliada à tecnologia coerente no receptor permite a demultiplexação da polarização digital e o pós-processamento via DSP (Digital Signal Processing) para recuperar a informação transmitida.
