El grupo de normalización IEEE802.3 está trabajando en la definición de 800GBASE-LR1 (≤ 10 km), 800GBASE-ER (≤ 20 km) y 800GBASE-ER1 (≤ 40 km) como interfaces interoperables basadas en la tecnología coherente. El OIF (Optical Internetworking Forum) también está definiendo acuerdos de implementación (IA) para redes de centros de datos (DCN),
DCI y aplicaciones metropolitanas basadas en tecnología coherente. Tras la finalización con éxito del IA 400ZR utilizado en transceptores enchufables coherentes para aplicaciones DCI de borde (≤ 80-120 km), el grupo está trabajando ahora en la definición de soluciones coherentes de mayor velocidad para la transmisión de datos a 800 Gb/s (800LR/ZR) y 1,6 Tb/s (1600LR/ZR/ZR+).
Los equipos de prueba y medición (T&M) pueden utilizarse para cumplir los requisitos de las normas utilizando tecnología coherente. Las características de los transmisores y receptores coherentes son notablemente diferentes de las tecnologías DD: para los transmisores coherentes, se requiere un receptor de referencia (analizador de modulación óptica) que incluye una cantidad significativa de procesamiento de señales digitales (DSP) para evaluar la calidad de la señal del transmisor.
En el caso del receptor coherente, la caracterización depende de la aplicación de patrones/señales sometidos a estrés desde un transmisor de referencia o calibrado.
En esta nota de aplicación se describen las pruebas necesarias durante las diferentes fases del ciclo de vida del producto,
desde la investigación y el desarrollo de componentes y DSP hasta la caracterización y validación de módulos enchufables
coherentes.
Estado de la tecnología óptica coherente
Anatomía del transceptor óptico coherente
Los transceptores ópticos coherentes son dispositivos complejos diseñados para transmitir y recibir datos a alta velocidad a través de fibras ópticas. Estos transceptores suelen utilizar formatos de modulación avanzados como la modulación por desplazamiento de fase binaria (BPSK), la modulación por desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK) y la modulación de amplitud en cuadratura multinivel (QAM), por ejemplo, 16QAM y 64QAM, que son más eficientes que la modulación de amplitud simple.
La figura 1 muestra la anatomía del transceptor óptico coherente. Los componentes principales y sus funciones son:
• Láser: en el lado del transmisor, se utiliza un láser para generar la luz coherente que se utiliza para la transmisión, mientras que en el lado del receptor se utiliza como oscilador local que genera una señal estable de onda continua (CW) que se mezcla con la señal óptica entrante. Este proceso de mezcla permite al receptor extraer tanto la información de amplitud como la de fase de la señal. Es habitual dividir la luz óptica de un solo láser para que admita
ambas funciones dentro de un transceptor óptico coherente. La pureza y la estabilidad de este láser son cruciales para el rendimiento del transceptor. Los transceptores coherentes suelen utilizar láseres de retroalimentación distribuida (DFB) o láseres de cavidad externa (ECL). Estos láseres funcionan en longitudes de onda específicas, normalmente en la banda C (1530-1565 nm) y/o la banda L (1565-1625 nm). Estas bandas de longitudes de onda son óptimas para sistemas de comunicación óptica de alta capacidad y larga distancia.
• Modulador IQ de polarización dual (DP-IQM): consta de dos moduladores IQ y una guía de onda de multiplexación de polarización. Los moduladores IQ codifican los datos en la amplitud y la fase de la luz, mientras que la guía de onda de multiplexación de polarización combina las dos señales moduladas con estados de polarización ortogonales. Los materiales más comunes son la fotónica de silicio (SiP), el fosfuro de indio (InP) y el niobato de litio de película fina (TFLN). El TFLN destaca especialmente por su fuerte efecto electroóptico, su amplio ancho de banda de transparencia y su buena estabilidad térmica. Los moduladores IQ de polarización dual avanzados pueden alcanzar altos anchos de banda (por ejemplo, 110 GHz y más) y bajos voltajes de accionamiento (por ejemplo, menos de 1 V), lo que permite altas velocidades de datos y la generación de señales con eficiencia energética. Estos moduladores son esenciales para lograr una transmisión óptica de alta capacidad y larga distancia, lo que los convierte en un componente crítico en las redes ópticas modernas.
• Receptor coherente: los elementos constitutivos, que incluyen un híbrido de 90 grados, receptores equilibrados y un divisor de haz de polarización, se combinan en un solo paquete. A diferencia de la detección directa tradicional, esta integración permite detectar tanto la amplitud y la fase de la señal óptica entrante como la polarización. Los modos de polarización permiten duplicar la velocidad de datos, mientras que el uso de la amplitud y la fase permite más bits por símbolo transmitido. El resultado son velocidades de datos más altas y distancias de transmisión más largas.
• Fotodetectores: un receptor óptico coherente tiene cuatro fotodetectores equilibrados que se utilizan para convertir las señales ópticas en señales eléctricas. Cada fotodetector equilibrado es diferencial e implica dos fotodiodos para mejorar la calidad de la señal y reducir el ruido. Los diseños de los fotodiodos suelen ser insensibles a la polarización, lo que significa que pueden procesar eficazmente las señales independientemente del estado de polarización de la luz. Los diseños actuales pueden manejar velocidades de datos muy altas, que a menudo superan los 100 GHz.
• Controladores y amplificadores de transimpedancia (TIA): los controladores se utilizan para amplificar las señales eléctricas que modulan la portadora óptica. Deben proporcionar una alta linealidad y un bajo nivel de ruido para garantizar la integridad de la señal transmitida. Los TIA convierten la corriente generada por el fotodiodo en una señal de tensión. Son esenciales para mantener la integridad de la señal y minimizar el ruido. Los controladores y TIA de alto rendimiento ofrecen un gran ancho de banda, bajo ruido y bajo consumo de energía.
Estos componentes permiten el uso de receptores coherentes integrados (ICR) y moduladores de controladores coherentes de gran ancho de banda (HB-CDM), que admiten velocidades de datos de hasta 800 Gb/s y superiores en una sola longitud de onda.
• Convertidor digital-analógico (DAC) y convertidor analógico-digital (ADC): estos bloques convierten las señales entre formatos analógicos y digitales para su procesamiento y modulación por el chip DSP. Los sistemas coherentes modernos requieren DAC y ADC con frecuencias de muestreo muy altas, que a menudo superan los 200 gigamuestras por segundo (GSa/s), para manejar las altas velocidades de datos y anchos de banda involucrados. El rendimiento del DAC y el ADC influye directamente en el rendimiento general del sistema. Los DAC y ADC de alta resolución garantizan una mejor fidelidad de la señal y un menor ruido, lo que es esencial para mantener la integridad de los datos que se transmiten y se reciben. Los avances en la tecnología de semiconductores complementarios de óxido metálico (CMOS) han permitido el desarrollo de DAC y ADC de alta velocidad y alta resolución que son más eficientes en cuanto a consumo de energía y más compactos, lo que los hace adecuados para su integración en transceptores ópticos coherentes.
• Procesamiento de señales digitales (DSP): realiza funciones clave de procesamiento de señales, como conformación de pulsos, compensación de dispersión, demultiplexación de polarización, recuperación de fase de portadora y ecualización, lo que garantiza la integridad de los datos transmitidos. Además, la corrección de errores hacia adelante (FEC) hace que el sistema sea más tolerante al ruido y permite distancias de transmisión más largas y
velocidades de datos más altas. Los DSP modernos también gestionan funciones avanzadas como el modelado probabilístico de constelaciones (PCS) y la asignación dinámica de ancho de banda, lo que mejora aún más el rendimiento y la flexibilidad de los sistemas ópticos coherentes. Los circuitos integrados específicos para aplicaciones (ASIC) DSP coherentes integran otros componentes como DAC y ADC. Esta integración ayuda a reducir el consumo de energía y el factor de forma.
• Los transceptores ópticos coherentes también incluyen una interfaz de control y supervisión que se utiliza para gestionar y optimizar el funcionamiento del transceptor, incluyendo el control de la temperatura y la supervisión del rendimiento.
Evolución de la óptica coherente
La clasificación tradicional de la óptica coherente, que consiste en Gen1, Gen2, etc., ha evolucionado para reflejar mejor las capacidades y aplicaciones de la tecnología DSP moderna. Una clasificación más intuitiva refleja la tecnología coherente por su velocidad de símbolo típica y define si el transceptor óptico coherente está optimizado para aplicaciones de rendimiento (P) o compactas (C).
La tabla 1 resume las diferentes generaciones de óptica coherente.
Tabla 1. Generación de óptica coherente. https://cignal.ai
• La primera generación de óptica coherente, denominada Gen30, se introdujo en 2010 y suele admitir velocidades de símbolo de hasta 30 GBaud, lo que permite velocidades de datos de 100-200 Gb/s. Se utiliza QPSK para alcanzar los 100 Gb/s, mientras que se utiliza 16QAM para los 200 Gb/s. Estos transceptores se utilizan en diversas aplicaciones, incluidas las redes metropolitanas y de largo alcance, donde se requieren velocidades de datos y distancias moderadas. Desde la estandarización de las interfaces 100GBASE-ZR en IEEE 802.3, esta generación también se utiliza en redes DCI y de computación de alto rendimiento. El 100GBASE-ZR suele estar disponible como módulos Quad Small Form- Factor Pluggable Double-Density (QSFP-DD).
• La óptica Gen60 admite velocidades de datos que van desde 400 Gb/s hasta 600 Gb/s. Esta generación de óptica coherente se beneficia de los avances en la tecnología DSP, lo que permite una mejor eficiencia espectral, un mayor alcance y un rendimiento general mejorado. Además de 16QAM, se introducen formatos de modulación avanzados que utilizan PCS de QAM de alto orden, como 64QAM. Estos transceptores se utilizan en diversos escenarios, como redes DCI, metropolitanas, regionales y de largo alcance. Son especialmente eficaces para aplicaciones que requieren un alto
rendimiento de datos y un mayor alcance. El OIF 400ZR IA se basa en la óptica Gen60. El 400ZR está disponible como módulos QSFP-DD u OSFP (Octal Small Form-Factor Pluggable).
• La óptica Gen90 admite velocidades de datos que van desde 600 Gb/s hasta 800 Gb/s. Esta generación de óptica coherente se beneficia además de los avances en la tecnología DSP, lo que aporta una mejora adicional en la eficiencia espectral, y utiliza componentes de mayor ancho de banda con respecto a la Gen60. Se trata de una tecnología patentada y no se ha desarrollado ningún estándar para esta clase de velocidad.
• La óptica Gen120 admite velocidades de datos que van desde 800 Gb/s hasta 1,2 Tb/s. Al aumentar la capacidad por láser y optimizar los requisitos de hardware, la óptica Gen120 tiene como objetivo reducir el coste total por bit para la transmisión de datos. Se utilizan tecnologías como los moduladores SiP IQ y los moduladores TFLN para lograr el ancho de banda y la calidad de señal necesarios. Además de los tipos de enlace cubiertos por Gen60, Gen120C se dirige a enlaces dentro de centros de datos de hasta 10 km, lo que proporciona flexibilidad y escalabilidad. OIF 800ZR IA se basa en la óptica Gen120. Los primeros anuncios de Gen120P se hicieron en febrero de 2023. Se espera que las implementaciones comerciales de Gen120P comiencen en 2024/2025.
• La óptica Gen180 está diseñada para alcanzar velocidades de datos de hasta 1,6 Tb/s. Esta generación utiliza el último DSP para gestionar el complejo procesamiento de señales. Al igual que Gen90, se espera que Gen180 sea solo de propiedad exclusiva.
• Gen240 es el objetivo del proyecto OIF 1600ZR/ZR+. Las conversaciones para definir un conjunto común de especificaciones para esta generación de óptica coherente comenzaron a principios de 2024 y el objetivo del proyecto es la competencia en 2026/2027. Gen240 tiene como objetivo reducir aún más el coste total por bit para la transmisión de datos, ya que la tecnología coherente se empleará más intensamente en las aplicaciones de los centros de datos. Se espera que Gen240P admita velocidades de transmisión de hasta 2,4 Tb/s con velocidades de símbolo ampliadas de hasta 280 GBaud.
Estado actual de la investigación en transmisión óptica
Los registros recientes de experimentos con una sola portadora con velocidades de símbolo superiores a 120 GBaud y velocidades de bits netas de 800 Gb/s y más se resumen en la figura 2. Las demostraciones ópticas Back-to-Back (B2B) se muestran en rojo, mientras que los experimentos de transmisión a través de enlaces de fibra se muestran en azul.
Los equipos de T&M desempeñan un papel fundamental en la investigación y el desarrollo de la tecnología óptica de próxima generación. La configuración que se muestra en la figura 12 se utiliza en todos estos experimentos para imitar la funcionalidad del transceptor óptico coherente. El generador de formas de onda arbitrarias (AWG) de alta velocidad y el osciloscopio en tiempo real son los componentes clave para generar señales de alta velocidad de bits y alta velocidad de símbolos en los laboratorios de investigación.
Los osciloscopios en tiempo real M8199B AWG y UXR de Keysight han permitido la investigación coherente de portadora única más allá de los 200 GBaud [1-6].
La velocidad de bits neta más alta demostrada hasta ahora en la transmisión óptica de portadora única es de 2,59 Tb/s a una velocidad de símbolo de 224 GBaud en B2B y de 2,52 Tb/s a 224 GBaud en 80 km de fibra monomodo estándar [5]. También se ha descrito en la bibliografía una velocidad binaria neta de 2,42 Tb/s a 226 GBaud en 10 km de SSMF [4].
1 M. Nakamura et al., «Transmisión de portadora única con velocidad de bits neta superior a 2 Tb/s basada en un módulo amplificador de banda base InP-DHBT con ancho de banda superior a 130 GHz», ECOC 2022, Basilea, Suiza, 2022 .
2 M. Nakamura et al., «Detección de señales QAM de más de 200 GBd basada en la estimación de secuencias limitadas por la ruta de trellis que admite la corrección de errores hacia adelante con decisión suave», OFC 2023, San Diego, California, EE. UU., 2023, doi: 10.1364/OFC.2023.M1F.2 .
3 S. Almonacil et al., «Transmisión coherente de longitud de onda única de 260 GBaud a través de 100 km de SSMF basada en un novedoso generador de ondas arbitrarias y modulador I/Q de niobato de película delgada», en Journal of Lightwave Technology, vol. 41, n.º 12, pp. 3674-3679, 15 de junio de 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3269740 .
4 D. Che et al., «Transmisión coherente de longitud de onda única de 2,4 Tb/s habilitada por DAC totalmente electrónicos de 114 GHz con intercalación de bandas digitales», ECOC 2023, Glasgow, Irlanda, Reino Unido, 2023 .
5 H. Yamazaki et al., «Transmisión de 2,5 Tbps con una sola portadora utilizando CSRZ-OTDM con calibrador digital 8Å~4», en Journal of Lightwave Technology, doi: 10.1109/JLT.2024.3368209 .
6 G. Huang et al. «Transmisión coherente de portadora única 240 GBd-16QAM a través de 120 km de SSMF para un sistema con ancho de banda limitado con velocidad de 1 sps y DSP simple», OFC 2024, San Diego, California, EE. UU., 2024.
Pruebas de tecnología óptica coherente
La cartera de soluciones de prueba de Keysight Technologies abarca todo el ciclo de diseño, desde la investigación, la validación del diseño, las pruebas de conformidad y las pruebas de protocolo hasta la fabricación. Los equipos y soluciones de prueba de última generación permiten investigar tempranamente las tecnologías emergentes mucho antes de que estén disponibles los estándares de medición. Más adelante, a medida que se desarrollan los estándares, la estrecha asociación y participación en las organizaciones de normalización permite a Keysight ofrecer soluciones de prueba pioneras en el mercado que permiten caracterizar y validar oportunamente los diseños de componentes y sistemas para que funcionen simultáneamente con el ciclo de desarrollo de los estándares.
La figura 3 resume los tipos de pruebas posibles para la tecnología óptica coherente. El ciclo de diseño comienza con la prueba de dispositivos electroópticos, como moduladores IQ de polarización dual, receptores coherentes, amplificadores, TIA y fotodiodos. Durante esta fase, los componentes se caracterizan midiendo los parámetros del dominio de frecuencia.
Los componentes pueden empaquetarse y conectarse, o pueden probarse en la oblea con una estación de prueba, como suele ocurrir con los chips de alta velocidad. Una vez que se dispone de los componentes y subconjuntos necesarios, se realiza la prueba de concepto de la generación óptica objetivo. Keysight ofrece una gama completa de AWG y configuraciones de osciloscopios en tiempo real para las diversas necesidades de ancho de banda.
La última etapa que se muestra es la validación y caracterización de los módulos enchufables coherentes completos en las capas física y de protocolo (por ejemplo, diseños 400ZR, 800ZR).
Pruebas de componentes eléctricos/ópticos
En el desarrollo y la evaluación de chips de velocidad ultraalta, interconexiones y dispositivos optoelectrónicos, los parámetros del dominio de frecuencia (ancho de banda, ganancia, planitud, pérdida de retorno, etc.) son las métricas más básicas del rendimiento de los dispositivos. Un método eficaz para verificar los componentes optoelectrónicos es analizar los parámetros de dispersión (parámetros S).
Pruebas de componentes electrónicos
El analizador de redes de rendimiento (PNA) 7 y el analizador de componentes de onda luminosa (LCA) son instrumentos fundamentales para realizar estas mediciones. El PNA insignia de Keysight es el N5291A y consta de 4 puertos para la caracterización de canales diferenciales de hasta 120 GHz. Sin duda, es posible reducir las reflexiones minimizando la pérdida de retorno a frecuencias más altas, pero el análisis multidominio es ahora fundamental para desarrollar un entorno de impedancia bien controlado en todo el canal. Por lo tanto, el uso de software especializado, como el sistema de pruebas
de capa física (PLTS), junto con el PNA de 120 GHz, puede proporcionar información valiosa, como la reflectometría en el dominio del tiempo (TDR) para geometrías pequeñas, el diagrama de ojo para esquemas de modulación PAM-4 y la selección automática de derivaciones de ecualización para una potente investigación y desarrollo de ingeniería. Como se muestra en la configuración de la figura 4, el PNA N5291A ofrece una precisión y una incertidumbre superiores para las interconexiones empleadas en las redes y los centros de datos actuales. Una plantilla de prueba típica incorporará muchos dominios de análisis de datos, incluyendo frecuencia, tiempo, diagrama de ojo, resistencia, inductancia, capacitancia y conductancia (RLCG), conversión de modo, así como simulación de preénfasis y ecualización en un formato fácil de usar. Esto permitirá una optimización completa del canal
con una reducción de la diafonía y un ancho de banda ampliado para garantizar el mejor rendimiento posible de las interconexiones para sistemas Ethernet de alto rendimiento.
7 Los analizadores de red PNA son VNA que proporcionan una caracterización compleja de los dispositivos con múltiples mediciones a través de una única conexión.
Pruebas de componentes eléctricos/ópticos
Un reto particular en el ámbito óptico son los componentes como el modulador óptico y el fotodetector. El rendimiento delmodulador afectará a la calidad de la señal convertida de entrada eléctrica a salida láser del transmisor; y el rendimiento del fotodetector afectará a la calidad de la entrada óptica del receptor convertida de nuevo en una señal eléctrica. Los moduladores de última generación basados en TFLN o moduladores ópticos de microanillo de silicio pueden alcanzar anchos de banda superiores a 100 GHz, mientras que los anchos de banda de los fotodetectores pueden ser aún mayores.
Para realizar una verificación y evaluación detalladas de las características de estos dispositivos en todo el rango de frecuencias (incluidas las características de atenuación de frecuencia fuera del ancho de banda especificado), se requiere un LCA de alto ancho de banda.
La figura 5 muestra el sistema LCA N4372E con un rango de frecuencia de 110 GHz. El sistema consta de un analizador de redes vectoriales (VNA) y un cabezal de extensión de ondas milimétricas para generar y recibir señales eléctricas de hasta 110 GHz, además de cabezales de prueba ópticos de transmisión y recepción y un controlador. El software de prueba de dispositivos ópticos se encarga de los procedimientos de calibración eléctrica y óptica y de las pruebas de los dispositivos, y tiene la flexibilidad de probar dispositivos óptico-ópticos (fibras ópticas, amplificadores ópticos), dispositivos
eléctrico-ópticos (láseres, moduladores), dispositivos óptico-eléctricos (fotodetectores) e incluso dispositivos eléctricoeléctricos (amplificadores, controladores).
Pruebas de componentes electroópticos en oblea
Keysight Technologies ofrece soluciones completas de T&M electroópticas para circuitos integrados fotónicos (PIC) monolíticos y dispositivos integrados heterogéneos. Las soluciones se basan en una tecnología y una experiencia líderes en el sector, con el objetivo de simplificar la complejidad de las pruebas de validación del diseño, así como las pruebas de aceptación de obleas de fundición y de ensamblaje y prueba de semiconductores subcontratados (OSAT).
Junto con los socios oficiales de Keysight, formamos una solución que incluye tanto sondas ópticas (acoplador de rejilla superficial (GC) y de borde) como sondas eléctricas (de CC a alta frecuencia), que van desde sondas de un solo canal hasta sondas multicanal y tarjetas de sondas que se montan en una estación de sondas totalmente automatizada, figura 6.
La configuración del hardware para la medición de obleas PIC en chip se muestra en la figura 7. El flujo de pruebas implica la repetición del posicionamiento del dispositivo, la configuración de los parámetros y la medición. En el caso de un modulador de microanillo, por ejemplo, la resonancia objetivo se selecciona a partir del espectro de pérdida de inserción (IL) medido después de la sonda (8).A continuación, en la longitud de onda del punto de funcionamiento de desintonización para el control del calentador, se mide la respuesta de frecuencia optoelectrónica con la señal de tensión de polarización de RF seleccionada, es decir, InP > 67 GHz con una relación de extinción (ER) de 25 dB, TFLN 110 GHz con > 35 dB ER. Esto se
repite por el número de dispositivos en la retícula de la oblea multiplicado por los ciclos de temperatura. Tenga en cuenta que la selección de las condiciones y los parámetros de medición influye en la precisión y el tiempo de prueba. Esto incluye el número de repeticiones con variación de la señal en la longitud de onda, la potencia y los sesgos, así como la configuración del instrumento para establecer la resolución y el ancho de banda IF.
https://www.keysight.com/us/en/assets/7018-06296/application-notes/5992-3258.pdf
La medición de dispositivos optoelectrónicos en silicio y otros materiales en matriz y oblea ha introducido otro parámetro de incertidumbre: el sondeo mecánico. Si bien el contacto eléctrico directo minimiza los errores de posicionamiento de los movimientos mecánicos con una superficie de almohadilla eléctrica amplia, la señal óptica puede viajar al aire libre con una integridad de señal estimada por el ángulo del haz, la polarización y el diseño de la guía de ondas, que también son sensibles a la repetibilidad del movimiento mecánico y a la vibración. Los instrumentos de T&M tienen su propia
incertidumbre de medición y su rendimiento absoluto y relativo es aún más visible con la incertidumbre de la sonda. Las influencias térmicas del dispositivo y la sonda se gestionan cuidadosamente para evitar dañar el dispositivo con una posible expansión térmica. Por este motivo, se recomienda realizar calibraciones adecuadas de la sonda y el cable, así como la desincrustación de las respuestas de frecuencia óptica y eléctrica en las condiciones de medición objetivo.
Keysight proporciona procedimientos de calibración integrados en el instrumento para sondas y cables, así como herramientas de automatización que gestionan los procedimientos en entornos controlados.
Prueba de dispositivos ópticos coherentes de transmisión y recepción (prueba COD)
La configuración que se muestra en la figura 12 permite medir la respuesta de fase y amplitud de una prueba de transmisor y receptor óptico coherente utilizando el software PathWave Vector Signal Analysis (89600 VSA) de Keysight con el paquete de software Optical Modulation Analyzer (OMA). Con esta configuración, es posible utilizar una única conexión entre el dispositivo y los instrumentos para medir simultáneamente las cuatro respuestas de magnitud y fase S21, incluyendo los sesgos de polarización y IQ, el error de cuadratura IQ del receptor si el sistema está configurado en modo
heterodino, y los cables y dispositivos desincrustados. Disponer de una única configuración mejora claramente el tiempo de prueba y la repetibilidad, ya que elimina los errores de configuración y la variabilidad en las conexiones. La misma configuración se puede utilizar para otros experimentos, como se describe en el siguiente capítulo. La configuración que se muestra en la figura 13 se puede utilizar si solo es necesario medir la respuesta de fase y amplitud de un transmisor óptico coherente.
La figura 8 incluye una captura de pantalla de dichas mediciones.
Figura 8. Prueba de dispositivos ópticos coherentes de transmisión y recepción (COD).
Prueba del receptor coherente integrado (ICR)
La configuración que se muestra en la figura 9 se utiliza para probar receptores coherentes. Esta configuración consta de dos láseres, un sintetizador de polarización, un receptor coherente (dispositivo sometido a prueba) y un osciloscopio en tiempo real. Permite medir simultáneamente las cuatro respuestas de magnitud S21, incluyendo el sesgo IQ, el sesgo XY, el ángulo IQ sobre la frecuencia, el desequilibrio de ganancia IQ y XY, y el ruido de fondo de la magnitud del vector de error (EVM) con supresión de imagen sobre la frecuencia.
Prueba de respuesta de magnitud del receptor coherente integrado (ICR)
La configuración ilustrada en la figura 10 es una configuración rentable que permite medir la respuesta de magnitud S21 en frecuencia para todos los canales del receptor coherente. Esta configuración consta de dos láseres, un sintetizador de polarización, un receptor coherente (dispositivo sometido a prueba) y un sensor de potencia termopar que se conecta a los puertos del dispositivo sometido a prueba a través de un interruptor electromecánico.
Depuración de transmisores ópticos coherentes
La configuración que se muestra en la figura 11 se puede utilizar para depurar moduladores/transmisores ópticos coherentes. La configuración consta de un AWG, opcionalmente un láser (si el dispositivo sometido a prueba no lo incluye) y un osciloscopio de muestreo digital óptico. El AWG genera una señal de estímulo, por ejemplo, NRZ/PAMn en cada uno de los brazos. El osciloscopio de muestreo del analizador de comunicaciones digitales (DCA) permite visualizar el diagrama de ojo óptico.
Esta configuración es útil en caso de que sea necesario ajustar manualmente las tensiones de polarización de los moduladores. El sesgo entre cualquiera de los carriles de conducción del modulador también se puede medir en el DCA con la ayuda de marcadores.
Investigación y desarrollo de sistemas de transmisión óptica
Las soluciones de prueba que se muestran en las figuras 12 y 13 imitan la función de un transceptor coherente flexible. Los componentes clave de T&M de estas configuraciones son el AWG y el osciloscopio en tiempo real u OMA. Los experimentos que se muestran en la figura 2 se basan en estas configuraciones. Estas configuraciones permiten probar componentes o subcomponentes destinados a ser utilizados en un transceptor óptico, por ejemplo, moduladores IQ de polarización dual, moduladores de controlador coherente, fotodiodos y receptores coherentes. Además, esta configuración ofrece la flexibilidad necesaria para investigar nuevos formatos de modulación, desarrollar algoritmos DSP novedosos y probarlos a nivel de sistema. El procesamiento de datos se suele realizar fuera de línea, ejecutando scripts DSP personalizados en el controlador integrado del osciloscopio o en un ordenador personal externo.
Keysight ofrece múltiples instrumentos para la generación y el análisis de señales ópticas moduladas complejas. Los AWG multicanal, como el M8199B (256 GSa/s, ancho de banda de 75 GHz), el M8199A (128 GSa/s, 50 GHz), el M8194A (120 GSa/s, 45 GHz) y el M8195A (65 GSa/s, 25 GHz) se utilizan normalmente para sintetizar esas señales moduladas complejas. El software del generador de modulación óptica 81195A se utiliza para generar señales moduladas complejas limpias, así como deterioros de la señal para someter a estrés a los receptores coherentes en múltiples escenarios de prueba. Como alternativa, se pueden utilizar IQtools o scripts del cliente para interactuar con el instrumento basado en la interfaz SCPI.
El M8199B es el AWG más rápido del sector, lo que permite generar señales de alta velocidad de símbolos. La figura 14 muestra 150 GBaud PAM8, 174 GBaud PAM6 y 174 GBaud PAM4. Estos formatos de modulación son la base de las señales coherentes de 1,6 Tb/s y de la investigación sobre óptica 1600ZR. Por ejemplo, se obtiene 64QAM accionando el DP-IQM con cuatro señales eléctricas PAM8 y 32QAM accionándolo con cuatro señales eléctricas PAM6.
El osciloscopio en tiempo real de la serie Infiniium UXR es la primera serie de osciloscopios en tiempo real que ofrece una adquisición de rendimiento ultraalto con una resolución de alta definición de 10 bits. Con cuatro canales simultáneos de hasta 110 GHz de ancho de banda, cada uno de los cuales muestrea simultáneamente a una velocidad líder en el sector de 256 GSa/s, Infiniium UXR ofrece el rendimiento líder en el mundo, el ruido ultrabajo y la alta fidelidad de señal necesarios para que los ingenieros y científicos puedan ver y comprender realmente incluso los fenómenos más rápidos, lo
que permite acelerar el desarrollo de la próxima generación de tecnología e investigación.
El OMA proporciona información sobre la capa física de señales ópticas moduladas complejas para determinar la calidad de la señal o evaluar los componentes diseñados para la modulación y demodulación IQ. El OMA N4391C de Keysight ofrece una amplia gama de opciones para realizar pruebas de hasta 110 GHz, cubriendo las necesidades actuales y futuras. Ofrece una licencia de ancho de banda óptico y eléctrico independiente y actualizable para el osciloscopio y el propio OMA. Este esquema reconoce que el osciloscopio funciona en dos modos de uso: como parte del sistema OMA,
donde es necesario el ancho de banda óptico, y en funcionamiento autónomo del osciloscopio (receptor óptico coherente desconectado), donde el ancho de banda eléctrico es clave. Cada una de las configuraciones del N4391C (1,85 mm y 1,0 mm) se puede actualizar a anchos de banda más altos tanto para los modelos de uso eléctrico como óptico: las configuraciones basadas en el conector de 1,85 mm se pueden elegir entre 40, 50, 59 o 70 GHz y se pueden actualizar en estos pasos hasta un máximo de 70 GHz. Las configuraciones basadas en el conector de 1,0 mm pueden elegirse para 40, 59, 70, 80, 100 y 110 GHz, y actualizarse en estos pasos hasta un máximo de 110 GHz.
Se puede utilizar como diseño de referencia para comparar con los diseños de los clientes, pero también para medir las deficiencias del transmisor y cuantificar el rendimiento del sistema.
La correspondencia entre las métricas OMA notificadas y los diferentes defectos del transmisor se resume en la tabla 2.
Caracterización y validación de módulos ópticos coherentes enchufables
400ZR y 800ZR son estándares para transceptores ópticos coherentes diseñados para aplicaciones de 400 Gigabit Ethernet (GE) y 800GE, especialmente para DCI en distancias de hasta 120 km. Las pruebas de estos transceptores implican varios aspectos clave para garantizar que cumplen con los estándares de rendimiento e interoperabilidad:
• Pruebas de rendimiento: incluyen la medición de parámetros como EVM, tasa de error de bits (BER) y rendimiento FEC. Se utilizan equipos de prueba como OMA y probadores de red para capturar y analizar la calidad de la señal.
• Pruebas de conformidad: se garantiza que los transceptores cumplen las especificaciones establecidas por organismos de normalización como OIF, ITU-T e IEEE. Esto incluye pruebas de integridad de la señal, pero también de consumo de energía y rendimiento térmico.
• Pruebas de interoperabilidad: esto implica verificar que los transceptores ópticos coherentes cumplen con una determinada norma, pero de diferentes proveedores, y que pueden funcionar juntos a la perfección. Las pruebas suelen incluir la comprobación de la relación señal-ruido óptica requerida (ROSNR) en un nivel BER definido y garantizar una transmisión sin errores en distancias específicas.
Keysight ofrece soluciones completas para las pruebas de 400ZR y 800ZR, incluyendo equipos para mediciones ópticas y eléctricas, lo que garantiza que los transceptores cumplan con las normas requeridas y funcionen de manera fiable en condiciones reales.
Los OMA Keysight M8290A y N4391C se utilizan para medir los parámetros de la capa física. El software OMA relacionado contiene paquetes que proporcionan soluciones llave en mano para la caracterización completa de transceptores ópticos coherentes.
Además de las pruebas de parámetros de la capa física, basadas en OMA, es necesario comprobar la calidad del enlace teniendo en cuenta las mediciones BER pre-FEC y post-FEC. Para estas pruebas, Keysight ofrece diferentes comprobadores de red multivelocidad, como el A400GE y el AresONE 800GE-M Dual Interface Model.
Solución de prueba 400ZR
La figura 17 muestra una configuración de prueba para módulos enchufables coherentes 400ZR. Permite realizar pruebas BER (BERT) de capa 1 y mediciones de deterioro de la capa física.
El M8292A OMA está optimizado para ópticas coherentes Gen30 / Gen60 y proporciona una solución de prueba compacta y montable en rack, que se conecta a la salida óptica de los transmisores coherentes.
El software OMA cuenta con mediciones EVM conformes con los estándares, lo que permite realizar pruebas de transmisores con parámetros y metodología predefinidos de acuerdo con ITU G.698.2, IEEE 802.3 100GBASE-ZR y OIF 400ZR IA. Además de supervisar múltiples deterioros de la capa física, permite medir el EVM en una longitud de bloque definida para todos los pasos de procesamiento, ajustar con flexibilidad la longitud del filtro del ecualizador adaptativo con espaciado en T y establecer la carga de ruido digital (opcional).
Además de las pruebas de parámetros de la capa física realizadas con el M8290A o el N4391C, el comprobador de redes de la serie A400GE de Keysight realiza pruebas de capa 1 de alto rendimiento para sistemas de comunicación 400GE.
Estos dispositivos están diseñados para manejar las complejidades de las redes modernas de alta velocidad, proporcionando capacidades de prueba completas tanto para transceptores ópticos como para interconexiones de cable de cobre.
Por ejemplo, el modelo A400GE-QDD ofrece pruebas BERT y FEC de capa 1, que son cruciales para garantizar la fiabilidad y el rendimiento de los dispositivos 400GE. Admite varios patrones de prueba y proporciona estadísticas detalladas para ayudar a identificar y resolver problemas rápidamente.
El Keysight A400GE es una excelente plataforma de pruebas para dispositivos de comunicaciones 400GE y puertos de hardware que utilizan la interfaz eléctrica 8x56 Gb/s con codificación PAM4, compatible con IEEE 802.3bs e IEEE 802.3cd.
Cuenta con una interfaz de usuario muy intuitiva basada en navegador web y compatible con Google Chrome, lo que hace que las pruebas BER y FEC sean realmente rápidas y sencillas. La capacidad BERT clásica de capa 1 se amplía con la posibilidad de enviar varios patrones de prueba, y genera mediciones y estadísticas BER por carril para ayudar a identificar y resolver problemas rápidamente.
Solución de pruebas 800ZR
Las actividades de estandarización de los enlaces coherentes 800G están en marcha y se basan en 120 GBaud 16QAM, con el objetivo de alcanzar enlaces intra-DC de hasta 10 km (OIF 800LR, IEEE 800GBASE o IEEE 802.3dj) y enlaces DCI de hasta 80- 120 km (OIF 800ZR). Keysight ya ofrece las herramientas para diseñar y validar estas tecnologías.
La figura 18 muestra una configuración de prueba para módulos enchufables coherentes 800ZR. Combina el comprobador de redes AresONE 800GE-M Dual Interface Model y el N4391C OMA. Esta configuración permite realizar pruebas de capa 1 a capa 3, además de mediciones de deterioro de la capa física.
El Keysight N4391C OMA consta de un osciloscopio en tiempo real UXR, un receptor óptico coherente calibrado y un software VSA/OMA fiable y flexible. Ofrece una selección de ancho de banda independiente de hasta 110 GHz para mediciones ópticas utilizando su propio receptor coherente y mediciones eléctricas directamente en los puertos del osciloscopio. Admite múltiples formatos de modulación, incluidos los formatos definidos por el usuario.
Keysight también ofrece receptores coherentes OMA para la banda O, además de receptores coherentes que funcionan en la banda C y la banda L.
El AresONE 800GE Dual Interface Model-M de Keysight es una plataforma de pruebas de red versátil. Es compatible con los puertos QSFP-DD800 y OSFP800, lo que permite realizar pruebas completas de capa 1 a capa 3 de transceptores ópticos, fibra activa y pasiva e interconexiones de cobre de 10GE a 800GE en una única plataforma.
Es compatible con 800GE, 400GE y 100GE utilizando señalización PAM4 y NRZ, con señalización de carril eléctrico del host de 106,25 Gb/s y reducciones a 53 Gb/s y 26 Gb/s para velocidades Ethernet más bajas. Incluye múltiples tipos de FEC y estadísticas de rendimiento detalladas en una sola plataforma. Permite configurar diferentes velocidades y modos de señalización en el panel frontal de cada puerto, ya que cada puerto es independiente. Además, ha optimizado la alimentación y la refrigeración, y es compatible con transceptores ópticos que requieren hasta 30 vatios por puerto.
Keysight permite a los innovadores superar los límites de la ingeniería resolviendo rápidamente los retos de diseño, emulación y pruebas para crear las mejores experiencias de producto. Comience su viaje hacia la innovación en www.keysight.com
