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【技術文章】可插拔相干光學模組測試

相干光學用於 DWDM 傳輸已有一段時間,但通常都是特定供應商專用的封閉式專有系統;最近,針對 MSA 和其他標準設計的可插拔相干模組導致了相干可插拔光學生態系統的出現;IEEE 802.3 正在研究用於 100G 和 400G 連接的 DWDM 的 ZR PMD,可達到 80 公里鏈路預算,這引起了更廣泛的開發和部署可插拔相干光學的興趣;VIAVI 白皮書將介紹可插拔相干光學、測試和驗證挑戰,以及成功開發、驗證和部署 100G 及更高速率可插拔相干光學所需的方法。

光學可插拔模組的現況: 400G乙太網路的介面選擇與應用場景


現今可插拔介面靈活性是乙太網成功的重要因素,它允許用戶根據實際需求靈活擴展頻寬和傳輸距離,並具有相應的成本可擴展性;就400G乙太網路的情況而言,終端使用者有多種介面類型來支援每個潛在的應用場景:

表1 - 標準化的400G 乙太網路介面的 PMD、特性和應用
表1 - 標準化的400G 乙太網路介面的 PMD、特性和應用

傳統上,大多數可插拔光學模組的應用範圍在10公里及以下,因此可以有效地透過直接連接銅線、多模VCSEL技術、或單模直接檢測光學技術來有效應對這些應用;隨著數據速率的增加,訊號速率也持續提高,而在400G時,進行了由非歸零編碼(NRZ)到PAM-4的高階調變的轉變,然而,絕大多數的應用都使用了傳統的「直接檢測」技術。


在傳統上,較長距離的傳輸通常使用高性能、特定供應商的相干線路卡模組,這些模組為客製化的光子學和ASIC技術;但最近Acacia等供應商已經開發出高性能的可插拔模組,與客戶光學插槽相容(儘管需要更高的功率、冷卻和管理要求),最初的重點是電信應用,但在資料中心互連(DCI)等領域,出現了更廣泛和更大的市場需求,這些長距離應用最好透過相干光學界面來處理,為了達到市場潛力,必須滿足高密度形式因子(包括功率和冷卻)和具有挑戰性的價格期望,以符合市場的期望需求。


現代客戶端光學: 探究 400G QSFP-DD 可插拔模組的工程奇蹟


現今已產生了多種不同的尺寸形式,但在客戶端介面中最受歡迎的兩個家族分別來自兩個不同的系列;SFP系列通常具有一個電氣通道配上一個光學通道,通常用於"終端裝置",例如:伺服器或手機基地台;而QSFP系列則使用平行光學和電氣通道(傳統上它使用4個電氣通道,大多數情況下使用4個光子通道,無論是用於平行光學還是單根纖維上的訊號,光子通道會在CWDM光網格上傳輸);對於我們對客戶端光學的更深入了解,將聚焦於QSFP-DD,因為它通常用於處理最大頻寬的交換機、路由器、和傳輸裝置等元件。


現今典型的客戶端介面下,400G的最先進可插拔模組將是QSFP-DD模組,這項工程奇蹟融合了高速數位電子、寬頻、和低雜訊類比電子、DSP韌體、微控制器、整合光學、和機械結合,所有這些都符合高要求的價格和性能期望。


有幾個關鍵領域需要解決:

圖1 - 400G QSFP-DD模組的內部構造視圖
圖1 - 400G QSFP-DD模組的內部構造視圖

可插拔的電氣介面(在QSFP-DD中,它是一個雙面、雙堆疊連接器)引入了平行高速電氣主機端 (host) 與模組連接介面,在400G乙太網路上,這通常是使用PAM-4電氣調變的8條平行差分通道,使用高性能數位SERDES並支援主機到模組介面的等化,連接器還需要提供一個命令/控制介面,通常基於像I²C的雙線介面使用協定;最新的400G QSFP-DD通常使用CMIS 4.0,這是一種先進的狀態協定,專門為400G光學的需求和應用而設計,同時,連接器還提供電源(通常為3.3V,超過4A),為模組中的電子和光學元件提供電力需求。


模組內高度整合的IC電路包括SERDES,現在通常採用DSP技術,支援主機與模組之間的等化,同時提供從8通道28Gbd PAM-4到4通道100G/λ(56Gbd PAM-4)的多路復用和解復用功能用於光學介面(例如DR4和LR4),這些IC電路需要複雜的韌體,尤其是DSP程式碼,模組的管理和控制是透過微控制器來統籌進行,微控制器整合了模組管理的協定堆棧(例如CMIS 4.0),所有常規的維護和管理功能(如冷卻和電源管理)、DSP 的韌體加載和管理,以及當然還包括了光學元件的所有需求;光學元件包括高度整合的雷射器和接收器,都符合堅固而精確的標準,如IEEE 802.3;發射器和接收器都需要展現出寬頻寬、低雜訊和良好的線性特性,同時滿足功率和熱管理要求。


這些元件被結合在小型PCB上,必須處理訊號完整性問題,所有元件都整合在對尺寸要求嚴格的QSFP-DD中! QSFP-DD確實是一個多學科的工程奇蹟!


進階光學通訊: 相干調變技術與高性能光學傳輸技術


相干光學在現代長程光纖通訊鏈路中扮演了重要角色,通常專注於提供最高性能,使用大型固定模組上的客製化光子學和ASIC技術。

圖2 - 相干光學的演進 - 從線路卡到可插拔模組
圖2 - 相干光學的演進 - 從線路卡到可插拔模組

正如上圖所示,從精心設計的高性能線路卡到開放互操作的生態系統的演進需要許多部分的協同,同時也為測試、驗證和生產提出了多重挑戰,儘管供應商生產了適用100G和200G可插拔式的相干模組(採用CFP和CFP2尺寸形式),但這個生態系統的最佳機會出現在400GE,應用於DCI、都會網路和傳統DWDM,在兩個不同的市場上提供服務。

圖3:在400G的最佳機會出現的兩個不同的DCO市場
圖3:在400G的最佳機會出現的兩個不同的DCO市場

都會網路(Metro)和資料中心互連(DCI)領域,可能會因ZR、ZR+和OpenROADM等應用進一步細分,然而中期來看,這些應用(以更精巧的尺寸形式,如QSFP-DD和OSFP)很可能會由一種模組來處理,並透過軟體和韌體啟用使用者可定義的操作模式。


客戶端光學通常使用簡單的強度調變(傳統上為非歸零編碼 (NRZ) - on/off 鍵控調變-OOK),但隨著400G的出現,我們現在看到PAM-4調變在每條通道上的50G及以上速率變得普遍;相干調變利用光的相位和偏振,提供更高的調變能力,並且由於接收器對相位和偏振狀態敏感,可以透過電子方式進行色散補償;傳統調變在超過40公里的範圍需要對鏈路色散進行補償,傳統客戶端光學通常使用簡單的強度調變(傳統上稱為NRZ - on/off 鍵控調變 - OOK)、雷射器(可以是DML 直接調變雷射器、或EML透過外部裝置進行調變的雷射器)會根據數據的變化來調變其光強度,這有時被稱為開關鍵控調變(OOK, On-Off Keying),目前這方面的實際上限大約是50 GHz,因此使用商業上可用的大規模生產(因而成本合理)設備,實現28Gbd和56Gbd(每條通道100G)是可行的,目前已經展現了每條通道200Gb的更高頻寬,但這些仍然是新穎的技術。


相干調變利用光、偏振和相位的先進特性,以使用更複雜的光學元件和技術為代價 (相對來說其設計和製造成本可能會更高),實現了遠高於傳統客戶端光學的資料傳輸速率。

圖4 - 相干傳輸系統的關鍵要素示意圖。
圖4 - 相干傳輸系統的關鍵要素示意圖。

典型的相干與DWDM系統使用1550 nm波段,這是最小損耗的區域,對於更遠距離的傳輸非常有用,來自雷射器發射的光(通常是可調的,並且是整合式可調雷射裝置 - ITLA的一部分)被分為兩條路徑,然後每條路徑進行相位調變(I-Q 調變),兩條路徑隨後被重新組合為兩種垂直偏振態,這種光子組件通常是高度整合,並且可能利用矽光子來滿足可插拔光學尺寸形式的密度、性能和價格期望;在大多數情況下,四個I/Q調變器將由高性能DAC驅動,這些DAC將整合到DSP中,DSP將執行一系列編碼功能,包括訊框同步、FEC、和符號映射,通常也是執行相干接收器功能 IC 的一部分。


現在透過相位、偏振和振幅調變的光訊號(相較於較簡單的客戶端介面只使用振幅調變)在光纖鏈路中傳輸,會受到衰減(損耗)、色散、偏振散射以及其他影響,這些因素會降低傳輸訊號的訊噪比(光訊噪比 = OSNR)。


在接收端,輸入的光訊號會被分離成垂直的偏振態,然後再分成同相和正交(I 和 Q)分量,接著與另一個(可調)雷射器進行混頻,產生一個基頻訊號,並發射到光偵測器上;接著產生的訊號會被數位化,然後由接收器部分的 DSP 進行處理,以下會詳細描述這一過程。


可插拔相干光學模組 (DCO): FOIC標準 - 未來 OTN 界面的靈活選項


大量的網路設備採用可插拔式模組插槽 - CFP2系列在電信應用中得到廣泛應用,而QSFP系列則主宰企業市場,由於相對於QSFP-DD有著改進之處,OSFP在某些領域也逐漸獲得支持。

圖5 - 可插拔相干光學模組的尺寸形式:QSFP-DD,OSFP,CFP2(由Acacia提供)
圖5 - 可插拔相干光學模組的尺寸形式:QSFP-DD,OSFP,CFP2(由Acacia提供)

相較於典型的可插拔客戶端模組,用於線路端傳輸的相干可插拔模組更加靈活,在可插拔客戶端模組(例如 QSFP-DD)中,通常在模組的輸入端 (ingress) 和輸出端 (egress) 看到相同的訊號結構,在電氣(主機端)和光學(客戶端)介面上,訊框同步和編碼保持一致;相比之下,相干轉換器可能在主機端支援相同的結構,但輸出端的訊號結構將會截然不同(例如,一個單載波相干 DP-16QAM 調變訊號,在 ZR 介面上使用串聯前向錯誤更正(C-FEC))。


客戶端與線路端編碼之間的顯著差異影響了測試範圍,在相干的 CFP2-DCO 收發器中,複雜性可能更高,在電信應用中,CFP2-DCO 模組可以支援乙太網路和多服務的客戶端,400GE 和 4 x 100GE 對於乙太網路應用具有廣泛的吸引力,而 OTN 和 FlexO 則提供了強大的多服務功能,這對於電信業務來說是一個重要的應用。


頻寬還可以隨著客戶端的動態頻寬需求進行調整,例如:n x 100G 乙太網路的可擴展性,可以從 1 個客戶端擴展到 4 個客戶端,以填充 400G 的頻寬,至於 OTN 主機訊號,有幾種選擇:在 400G 下,可以選擇使用 1 或 2 * OTL4.4,採用 NRZ 編碼、或者使用 PAM-4 編碼的 4 * OTL4.2 / 4 * OTLC.2,其具有不同的服務能力;這些界面反映了從舊有結構或早期的 400G 結構進行遷移的路徑。


未來的光傳送網(OTN)界面可能採用 FOIC技術(FlexO 介面),提供 100G、200G 或 400G 等不同的變體;主機端的 FOIC 接口受到 KP4 FEC 的保護。

光纖傳輸線路的結構乃基於 100G、200G 和 400G 的傳輸單元,但不再像主機端那樣混合結構,根據鏈路參數(例如:損耗、光訊號雜訊比、和色散等),可以使用不同的前向錯誤糾正碼(FEC)來匹配所需的編碼增益和性能等級,其中包括:連接式 FEC(CFEC)、開放式 FEC(OFEC)以及專有的 FEC。


可插拔數位相干光學模組(DCO)需要將大型相干線路卡的大部分功能,整合到一個精巧的可插拔模組中,它包含高度整合的光相干接收器和發射器,使用可調雷射器,通常需要像矽光子學這樣的先進技術來實現其中的許多元件;相干光學還需要高度整合的數位訊號處理器(DSP)來提供所有數位相干接收器的功能,以下是接收端的方塊圖。

圖6 - 數位相干光學模組(DCO)接收端的方塊圖
圖6 - 數位相干光學模組(DCO)接收端的方塊圖

類比到數位轉換(ADC)


接收器輸入的訊號必須以奈奎斯特 (Nyquist) 頻率或高於這個頻率來進行數位化,由於典型的相干系統使用相位和偏振多樣性,所以需要至少 4 個非常快速的 ADC,這些 ADC 需要具有適當的解析度和線性度,雖然它們會先經過光偵測器和轉阻放大器(TIA),但可能需要寬的動態範圍。


DSP 功能性區塊


DSP 相干接收器需要包含以下功能區塊:

表2 - 數位相干模組在接收端所需的 DSP 功能
表2 - 數位相干模組在接收端所需的 DSP 功能

當然,所有的功能都必須進行控制、協調,並即時追蹤,因此 DSP 具有龐大且複雜的控制結構,通常與複雜的 DSP 韌體交織在一起,DSP 可能需要支援多種不同的操作模式和速率,可能是 ZR 或 ZR+ 等標準的混合,以及特殊的供應商專有模式;不同於簡單的客戶端模組只需要偶爾報告一些簡單的連接參數,如訊號損耗(LOS)或光功率,DCO 中的 DSP 必須即時報告多個複雜的參數,以便主機能夠管理和追蹤連接的健康狀況和狀態,其中一小部分參數包括:

表格3 - DSP 可以回報的模組參數選擇
表格3 - DSP 可以回報的模組參數選擇

其他一般參數還包括模組狀態、工作溫度、和雷射參數,這些參數的管理、控制和回報(其中許多參數在製造過程中需要根據波長和溫度進行校準)需要 DSP、模組微控制器和韌體,以及主機介面之間的密切耦合。


模組的管理與控制: DCO相干光學模組的挑戰與進展


DCO 模組是一個完整的 DWDM 線路卡,整合在可插拔光學模組中,任何功能的關鍵部分都是管理介面;多年來,客戶端光學模組演變使用簡單的記憶體映射協定的兩線(如I²C)介面,例如 SFF 8636 現在廣泛用於 QSFP28 等 4 階模組;但隨著 400G 級別的客戶端模組出現,已經確認傳統的解決方案無法滿足現代應用的需求;透過業界的共同努力,使得 CMIS 4.0 問世,作為 400G 客戶端光學模組(例如 QSFP-DD)的管理介面,與客戶端光學相比,DCO 的管理要複雜得多,業界正在尋找不同的相干模組管理方法;OIF C-CMIS 採用的一種方法是在 CMIS 4.0 框架的基礎上進行擴充,以適用於相干應用,這可能成為 QSFP-DD 和 OSFP 模組的採用途徑,這些模組可能會被用於需要支援 CMIS 4.0 堆疊的主機中,因為 QSFP-DD 和 OSFP 客戶端將採用該方法;另一種方法則是以 CFP MDIO 的概念,並進行了顯著的增強,以適用於相干數位光學模組(DCO),這種方法是建立在用於 100G 和 200G 應用的第一代和第二代 CFP 和 CFP2 DCO 模組所使用的方法之上。。


產品生命周期中的測試需求


在任何產品生命周期中,都存在著各種測試和量測需求,這些需求在廣度、深度和複雜性上各不相同,VIAVI ONT 產品線的設計主要滿足產品開發、驗證、生產和部署生命周期各階段的需求。

表格 4 - 模組生命周期測試需求摘要
表格 4 - 模組生命周期測試需求摘要

表格 4 - 模組生命周期測試需求摘要


元件和 DSP 評估


在開發強大可靠的產品並加快上市的過程中,選擇元件是一個關鍵面向,甚至在模組 PCB 佈局開始之前,可以透過 DSP 評估板和 ONT 測試裝置的結合,連接適當的電氣轉接器,對 DSP 的功能進行有價值的評估;這樣的設置可以充分驗證 DSP 的功能和流量吞吐量,同時可以進行韌體的開發和除錯、訊框組和 SERDES 硬體的開發,以及模組的 PCB 設計和機構布局,這種方法可以在產品開發週期中節省數月的時間,並且能夠進行更全面的設計和 DSP 評估,這是無法透過模擬達到的;同時,這種設置還可以評估光學和 DSP 的相容性,並且可以透過測試光纖進行實際量測,以建立一些系統性能參數,譬如:光訊號雜訊比(OSNR)和誤差向量幅度(EVM)。


R&D 研發階段


在這個階段,元件已經被選擇,並且設計概念已經審查過,從訊號完整性和熱學的角度來看,PCB 佈局的驗證非常關鍵,同時模組韌體需要進行調試,以啟動 DSP 並設定模式和訊號路徑,ONT 在研發階段採用了獨特且全面的方法。


在研發階段,ONT 提供了對高速物理層(phy)進行測試、壓力測試和驗證的功能,包括底層的協定,例如電氣均衡,ONT 支援全範圍的流量需求,從無訊框(unframed)訊號用於檢查訊號完整性和 SERDES,到完全框架化(framed)的乙太網路和光傳送網路 (OTN) 訊號,這些都可進行完整的訊號路徑驗證,所有這些測試都在符合功率和散熱要求的測試插槽(test slot)中進行;此外,ONT 提供了全面的測試和驗證功能,透過模組命令介面實現了實體層和協定事件之間的緊密同步和追踪,以及與管理介面上的命令和回應之間的互動。


在產品開發、除錯和驗證等研發過程中,有四個重要主題:

下方是 DCO(相干光通訊模組)的功能模組圖,從圖中可以清楚地看到在研發中需要進行測試的關鍵元素,為了確保進行完整的端對端測試,必須使用訊框格式的流量,基本的非訊框格式測試儀只能驗證 SERDES 的基本連通性,無法查看 DSP 內部並驗證複雜的功能,包括:前向錯誤修正(FEC)、訊框化 (framer) 和緩衝區,必須使用帶有訊框格式的訊號(包括 OTN 和 FlexO,如果適用)進行完整的資料路徑覆蓋測試。


SERDES(Serializer/Deserializer)模組是其中一個元件,在頻率、相位和時間偏移等方面進行超過正常情況的壓力測試是非常重要的,模組的功能元件,例如 SERDES,必須能夠從破壞性事件中恢復,例如訊號和資料頻率跳躍和暫態(由於時脈源切換引起)以及偏移(由時間和溫度引起);當超出標準限制時,模組必須正確地處理此情況,而不僅僅是失敗;當超出標準限制時,重要的是硬體(H/W)和相關軟體(S/W)能夠正確地報告物理情況(頻率或偏移超出範圍),而不僅僅是單純地發生錯誤;同樣重要的是,當時脈頻率被調整回正確範圍時,模組能夠自動恢復並透過命令介面發出相應的訊號通知。


透過頻率漸變和動態偏移等壓力測試,還可以用來確定當功能模組失敗時的錯誤狀況,這是一個很好的例子,當 SERDES 模組出現過多的動態偏移時,會導致位元滑動,擁有一個能夠區分突發錯誤和位元滑動的測試設備,可以深入了解在壓力條件下的確切失敗模式。

Large IP blocks like FEC and framers rely on the framing of the traffic. The ability to manipulate and error the framed traffic is important to validate those IP blocks.

針對大型 IP 塊如 FEC 和 framer,我們需要依賴流量的訊框裝置進行驗證,因此能夠操作和引入錯誤到帶有訊框的流量,對於驗證這些 IP 模組非常重要。

Figure 7 – DCO functional blocks
Figure 7 – DCO functional blocks

物理層和 SERDES 測試範例


SERDES 是任何 DCO 模組的關鍵部分,若缺乏穩健、符合標準的高速資料傳輸介面,任何功能都無法運作;我們將檢視一些在任何 DCO 主機介面上運行的範例測試,以驗證 SERDES。


動態偏移


模組資料介面依賴於並行高速介面,包括 8 條 RX 和 TX 通道,運行速率為 28 Gbps 的 PAM-4 電氣調變,類似於任何並行介面,通道之間可能會產生偏移,而且這種偏移可能會隨著時間變化;IEEE 對該介面的偏移容忍限制進行了規定,因此偏移變化可用於進行標準驗證,同時也可用於驗證訊號完整性;通道間偏移的改變會影響不同層級之間的串擾,因此透過偏移引起的錯誤率變化,可能指出串擾邊界問題;動態偏移的另一個重要用途,是確定在遭受過度偏移時SERDES 的故障模式。

圖 8 - 在 ONT GUI 上的動態偏移設定
圖 8 - 在 ONT GUI 上的動態偏移設定

過度偏移可能導致 SERDES 緩衝區出現位元滑動,這個問題如果沒有正確的應用程式來排除,將會非常困難;對於大多數測試設備,這些位錯誤可能被報告為突發錯誤,因為它們無法識別位元滑動;然而,ONT 可以透過運行帶有框架流量的動態偏移測試,並追踪 SERDES 輸出上觀察到的錯誤配置檔案,從而檢測到位元滑動,當超出 SERDES 的入口偏移限制時,可以觀察到故障模式,這使得排除問題變得更加容易。


圖 9 - ONT 位元滑動偵測的應用程式
圖 9 - ONT 位元滑動偵測的應用程式

ONT 除了追踪位元滑動等大型且有損的錯誤外,還能追踪 PCS 層的影響,其中包括重要元素,如:通道對齊標記和前向誤碼更正(FEC),在故障狀況下,正確且一致地追踪乙太網路的警報和錯誤是至關重要的。


圖 10 - 全面的前向誤碼更正(FEC)總覽,對於了解連接錯誤行為至關重要。

模組管理


圖 11 – ONT 相干模組狀態總覽畫面

相干可插拔模組的管理非常複雜,要完整了解和控制管理介面,這對於除錯、驗證以及有效運用整個系統(包括主機模組在內)至關重要,在研究模組介面時,必須考慮多個元素,並且所有這些元素都需要與其他介面、主機電氣介面、和光學介面密切結合。

ONT 的重複讀寫存取是一種廣泛用於評估模組穩定性的簡單應用,這個測試會透過向命令介面加載使用者定義的讀寫事件,來評估模組的穩定性,接著可以進行其他測試,例如:正常流量測試、或壓力測試(例如:偏移測試),以觀察模組操作和穩定性是否受到命令匯流排和模組微控制器重複且大量的負載影響。


圖12 – ONT 模組在 CFP2 DCO 模組上,使用的 MDIO 命令介面的讀寫加載。
圖12 – ONT 模組在 CFP2 DCO 模組上,使用的 MDIO 命令介面的讀寫加載。

ONT 模組原生支援相干模組(包括 QSFP-DD 和功能完整的 DWDM CFP2),並以清晰且一致的方式在 GUI 中展示擴展的管理需求和關鍵參數的狀態,使用 GUI,使用者可以輕鬆地設定和追蹤關鍵參數,例如:操作波長,同時也可以透過自動化腳本來滿足深度 SVT 測試的需求。


圖13 - ONT GUI 關鍵相干模組參數設定
圖13 - ONT GUI 關鍵相干模組參數設定
圖14 - ONT GUI 相干轉換器的報告功能。
圖14 - ONT GUI 相干轉換器的報告功能。

命令介面及相關模組韌體,必須正確地報告光學參數,這比客戶端模組中簡單的功率測量要複雜得多;一系列動態參數,包括:OSNR(光訊噪比)、CD(色散)、EVM(誤差向量幅度)、PD(光功率偵測)和 DGD(差分群延遲)必須得到正確報告並持續追蹤(同時可能還有一系列使用者可編程的限制);ONT 可與 VIAVI MAP-300 產品系列一起使用,以允許光學參數的產生和操作,並且這些參數在 ONT 下的光學模組測試中得到追蹤和驗證,這還可用於支援 DSP 韌體的開發和驗證工作。


圖15 - ONT GUI 上相干模組報告的光學參數。
圖15 - ONT GUI 上相干模組報告的光學參數。
圖16 - ONT GUI 顯示相干模組物理層介面狀態總覽。
圖16 - ONT GUI 顯示相干模組物理層介面狀態總覽。

系統驗證


系統驗證涉及對模組進行廣泛和深入的測試,包括對物理硬體和模組韌體的測試,測試通常跨越多個領域並在自動化環境下進行,同時也是模組和網路整合的關鍵階段,因為模組與主機的互動是系統級功能的關鍵特性;這個階段建立在模組開發階段使用的許多應用的基礎上,但更加關注軟體和性能方面,關鍵和即時的警報和錯誤報告,在整個系統中扮演著核心角色,同時要協調光學狀態和模組管理訊息系統(MIS)向主機報告的狀態,連接參數(例如 OSNR 或FEC前的BER)會被設置,然後參考/測試光學連接可能會被降級(使用 VIAVI MAP-300 產品系列),當連接透過不同程度的降級時,模組和主機的組合必須正確地產生警報並採取適當的行動(可能包括切換到另一個連接和產生系統級警報),然後,當連接恢復時,系統應該遵循正確的恢復程序。


在這個階段,我們遇到的其中一項最具挑戰性的測試是服務中斷測試,這主要測試系統對光訊號完全中斷後的回應,以及其後的恢復過程和時序,特別關注恢復過程和時序的表現,在客戶端系統中,這是一個相對簡單的測試,只需透過機械快門中斷單一的光訊號,然後監測模組的回應(包括模組MIS訊息傳遞),接著重新連接光訊號,再次監測回應,包括恢復時間和 紀錄的MIS 訊息;然而,即使使用簡單的直接檢測模組,我們也可能遇到一些問題,例如:模組鎖定或在 MIS 中發送誤導性的訊息,在最嚴重的情況下,模組可能無法正確自主恢復,需要透過主機進行手動干預,對於相干模組,測試的負載更糟,因為現在模組可能在多載波的 DWDM 系統中運行,因此干擾事件可能僅與眾多載波中的一個光波長有關聯。

圖17 - 在 DWDM 環境中使用 MAP-300 可調濾波器(mTFX)的服務中斷。
圖17 - 在 DWDM 環境中使用 MAP-300 可調濾波器(mTFX)的服務中斷。

系統依賴模組正確追蹤所選擇的單一載波,並監測其光功率水平,以便在服務中斷狀態下達到訊號丟失(LOS)水平時,模組能夠透過 MIS 介面正確地指出這一狀態;在這個測試中,模組還可能需要將主機介面暫時關閉,並透過 MIS 發送相應的訊號;恢復過程是一個要求嚴格的測試,因為模組必須正確重新獲取重新變為有效(Active)的光載波,啟動相干 RX 訊號連結,通知主機連接正在恢復,並正確設置主機到模組的電氣介面;這些事件的順序和時序至關重要,且這個過程的穩定性也很重要,VIAVI ONT 為這個測試中 DCO 模組功能的驗證和除錯提供了一個理想的測試環境。


系統驗證還需要對連接和模組傳輸的即時流量進行深入測試,這些流量通常是多種服務的混合,例如 OTN 和乙太網路,OTN 的能力為終端用戶提供了極大的靈活性,但也對測試要求提出了更高的挑戰,VIAVI ONT 支援完整的OTN 功能,包括:FlexO、FOIC 1.2、FOIC 2.4 和 FOIC 4.8,這對於支援 400G 級別的 OTN 服務至關重要。


VIAVI ONT 800G


最近加入現有 ONT 產品系列的新產品或設備,被視為產業中的標準或參考標竿,針對相干模組生態系統的需求進行了優化,它支援 QSFP-DD 和 CFP2 DCO 400G 封裝形式,並配合相應的冷卻和電源需求,同時提供了一系列應用程序,為整個模組的生命周期提供全面的應用以及測試,從研發的深入需求到系統驗證測試和整合,ONT DCO 能夠加速所有開發和除錯的工作。

Figure 18 – ONT 800G DCO module
Figure 18 – ONT 800G DCO module


插拔式相干光學模組將可插拔客戶端光學模組的優勢,帶來全新的應用領域,包括:都會網路、資料中心互連、和DWDM/傳輸等,相干模組的複雜性較高,對測試和驗證的各個階段有著巨大要求,從早期元件驗證、模組開發、軟體和韌體開發、模組驗證、系統整合到生產等,而且,這些要求需要在追求更具競爭力的價格和市場推出速度的同時滿足,此外,模組命令和管理界面的複雜性也進一步增加了這一挑戰。


VIAVI 在支援相干系統的開發和驗證方面擁有多年經驗,從用於最高性能 DWDM 的全功能線路卡,到現今 100G 和 200G 的新興 DCO 模組,皆有豐富的經驗;面對 400G 級別的 DCO,與 PAM-4 電氣主機訊號結合、進階的模組管理協定、和 OTN 服務,帶來了許多挑戰,因此需要一個全面且整合的測試和驗證方法,模組化 DSP、主機介面、光域、和管理介面之間的密切協調,要求應用程序和測試工具在這方面能夠完全整合,並能夠追蹤每個域中的事件。


ONT DCO 已經過優化,滿足整個產品生命週期中的測試和驗證需求,同時支援相干模組的嚴苛環境和冷卻要求,它提供了從物理層(PAM-4)到多服務乙太網路和 OTN 的應用程序,並搭載獨特的工具,支援在模組管理和指令介面上的互動。


 

延伸閱讀


翔宇科技代理了各種光通訊網路測試解決方案,包括:矽光子測試解決方案、800GbE、400 / 200 / 50 GbE、100 / 25 GbE、及 10 GbE 的高速乙太網路測試解決方案 。


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