單通道200G仿真解決方案：VPIphotonics助力800G與1.6T數(shù)據(jù)通信發(fā)展
發(fā)布時間：2024-10-25 19:05:56 熱度：2514
10/25/2024，光纖在線訊，隨著人工智能（AI）、機器學(xué)習（ML）、云計算、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、視頻流等應(yīng)用對帶寬的要求日益增加，行業(yè)迫切需要實現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)速率和更高的數(shù)據(jù)傳輸密度。
為此，VPIphotonics 提供了800G和1.6T數(shù)據(jù)速率技術(shù)的仿真解決方案，幫助用戶在未來的技術(shù)發(fā)展中處于領(lǐng)先地位。這些解決方案集成在一個靈活的軟件環(huán)境中，支持與第三方仿真、編程軟件和測量設(shè)備的互操作性。
VPIphotonics的仿真技術(shù)和專業(yè)設(shè)計功能，涵蓋鏈路工程、傳輸設(shè)計、組件設(shè)計和器件仿真四個主要領(lǐng)域，并可以在一個統(tǒng)一的工作流程中協(xié)同使用，從而加速光子和光學(xué)技術(shù)的開發(fā)，以滿足日益嚴苛的應(yīng)用需求。
什么是光傳輸設(shè)計
雖然各個抽象層次的解決方案可以提供集成的仿真工作流程，但光學(xué)傳輸設(shè)計解決方案更側(cè)重于研究和優(yōu)化系統(tǒng)技術(shù)。此類解決方案適用于各種系統(tǒng)，包括從短距離數(shù)據(jù)中心內(nèi)部連接到超長距離傳輸系統(tǒng)的收發(fā)器鏈路。
傳輸系統(tǒng)仿真解決方案還可以用于評估新型組件和子系統(tǒng)設(shè)計在整體系統(tǒng)中的表現(xiàn)。VPItransmissionMakerTM Optical Systems可用于解決因傳輸引起的損傷問題，并通過DSP或FEC等技術(shù)評估這些問題的緩解策略。此外，它還能夠通過模擬不同的數(shù)據(jù)速率、調(diào)制格式和并行化策略的性能，幫助比較不同技術(shù)選擇。
在這一層級，VPIlabExpertTM 使您能夠?qū)⒎抡嬷苯舆B接到實驗室設(shè)備，將VPIphotonics仿真環(huán)境中生成的信號發(fā)送到AWG或BPG，并通過實時或等效時間采樣示波器接收并捕獲信號，進行進一步的處理和分析。例如，這使您能夠在投入更多時間和資源開發(fā)或購買DSP芯片之前，通過將物理收發(fā)器的輸出作為輸入，連接到模擬DSP鏈，從而研究特定DSP算法對實際收發(fā)器性能的影響。
如何仿真800GBASE- FR4系統(tǒng)
800GBASE – FR4是一種新興的物理層光學(xué)標準，適用于短距離應(yīng)用中的高速數(shù)據(jù)傳輸，特別是以太網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心互連。
在VPItransmissionMakerTM Optical Systems中提供了一個基于800G可插拔MSA技術(shù)規(guī)范的仿真示例，采用四級脈沖幅度調(diào)制（PAM-4）格式，波特率為 112.5 GBaud，傳輸距離可達 2 公里，使用標準單模光纖（SSMF）。系統(tǒng)包含四個通道，利用波長分復(fù)用（WDM）技術(shù)，并使用基于 Reed-Solomon 碼的前向糾錯（FEC）方案。根據(jù)用戶需求，也可以應(yīng)用級聯(lián)的 FEC 方案。下圖展示了該系統(tǒng)的示意圖。
PAM-4發(fā)射器仿真
VPItransmissionMakerTM Optical Systems采用分層設(shè)計方法，使您能夠隱藏PAM-4發(fā)射器等特定模塊的復(fù)雜細節(jié)。如果需要了解模塊的詳細工作原理或進行更深入的優(yōu)化，只需右鍵點擊模塊并選擇“查看內(nèi)部結(jié)構(gòu)”。在PAM-4調(diào)制方式中，每個符號通過四個不同的幅度級來表示兩個比特，降低符號速率和帶寬需求。PAM-4作為一種高效的調(diào)制格式，在提升數(shù)據(jù)速率的同時也帶來了對噪聲和非線性敏感性的挑戰(zhàn)。因此設(shè)計者需要精心設(shè)計和優(yōu)化以保持信號完整性。
在每個發(fā)射器中，帶寬是通過電 PAM-4 信號對光載波進行調(diào)制來確定的。這個過程涉及到電吸收（EA）調(diào)制器。調(diào)制器的頻率響應(yīng)限制和PAM-4驅(qū)動信號的特性都會影響帶寬。激光源在O波段工作，提供光載波，其參數(shù)（包括波長、線寬和功率）可以通過VPIphotonics Design Suite進一步探索和優(yōu)化。在發(fā)射端，F(xiàn)EC編碼器會向傳輸?shù)臄?shù)據(jù)添加冗余信息或校驗位。以便接收端的FEC解碼器利用這些信息檢測和糾正錯誤。
光纖和接收器仿真
在發(fā)射端，在多路復(fù)用四個發(fā)射器信號后，WDM信號通過SSMF傳播。仿真中使用的通用光纖模型可以計算信號在光纖中雙向傳播的情況，并考慮諸如衰減、色散、自相位和交叉相位調(diào)制、四波混頻、布里淵散射、拉曼散射等傳輸效應(yīng)。在接收端，使用帶通濾波器來選擇目標通道，模擬解復(fù)用器的行為。用戶可以根據(jù)實際測量結(jié)果調(diào)整濾波器設(shè)置，以匹配解復(fù)用器的傳遞函數(shù)，從而精確獲取目標信號。濾波后的信號由光電二極管檢測，考慮到響應(yīng)度、熱噪聲、散粒噪聲等相關(guān)參數(shù)。完成時鐘恢復(fù)后，通過直接統(tǒng)計錯誤數(shù)量或使用統(tǒng)計方法來估算誤碼率（BER）。系統(tǒng)會在FEC解碼前后分別計算BER，以比較和分析FEC的性能提升效果。
在光通信系統(tǒng)的仿真中，幾種通用信號分析器用于幫助可視化整個過程中光或電信號的表現(xiàn)。在仿真完成后，結(jié)果會以多種圖表的形式展示。“Tx Optical Spectrum”顯示多路復(fù)用后的四個通道的傳輸光譜。數(shù)值圖表表示當調(diào)整發(fā)射器帶寬時，在FEC編碼前后的BER估計情況。需要注意的是，如果BER在圖表中的FEC閾值以下，則系統(tǒng)可以實現(xiàn)“無誤碼”性能?！癛eceived Signal”顯示在BER估算前接收信號的眼圖。用戶還可以根據(jù)需要選擇特定迭代（例如50 GHz、55 GHz等）的接收信號進行查看。
VPIphotonics公司提供的工具套件極為全面且深入，覆蓋了從集成光子器件設(shè)計到復(fù)雜光網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的多個不同抽象層級，精準對接客戶多元化的需求。即刻聯(lián)系凌云光以申請評估機會，親身體驗VPIphotonics的軟件解決方案如何為您的項目注入顯著優(yōu)勢，助力您在光子技術(shù)領(lǐng)域加速邁向成功。
為此，VPIphotonics 提供了800G和1.6T數(shù)據(jù)速率技術(shù)的仿真解決方案，幫助用戶在未來的技術(shù)發(fā)展中處于領(lǐng)先地位。這些解決方案集成在一個靈活的軟件環(huán)境中，支持與第三方仿真、編程軟件和測量設(shè)備的互操作性。
VPIphotonics的仿真技術(shù)和專業(yè)設(shè)計功能，涵蓋鏈路工程、傳輸設(shè)計、組件設(shè)計和器件仿真四個主要領(lǐng)域，并可以在一個統(tǒng)一的工作流程中協(xié)同使用，從而加速光子和光學(xué)技術(shù)的開發(fā)，以滿足日益嚴苛的應(yīng)用需求。
什么是光傳輸設(shè)計
雖然各個抽象層次的解決方案可以提供集成的仿真工作流程，但光學(xué)傳輸設(shè)計解決方案更側(cè)重于研究和優(yōu)化系統(tǒng)技術(shù)。此類解決方案適用于各種系統(tǒng)，包括從短距離數(shù)據(jù)中心內(nèi)部連接到超長距離傳輸系統(tǒng)的收發(fā)器鏈路。
傳輸系統(tǒng)仿真解決方案還可以用于評估新型組件和子系統(tǒng)設(shè)計在整體系統(tǒng)中的表現(xiàn)。VPItransmissionMakerTM Optical Systems可用于解決因傳輸引起的損傷問題，并通過DSP或FEC等技術(shù)評估這些問題的緩解策略。此外，它還能夠通過模擬不同的數(shù)據(jù)速率、調(diào)制格式和并行化策略的性能，幫助比較不同技術(shù)選擇。
在這一層級，VPIlabExpertTM 使您能夠?qū)⒎抡嬷苯舆B接到實驗室設(shè)備，將VPIphotonics仿真環(huán)境中生成的信號發(fā)送到AWG或BPG，并通過實時或等效時間采樣示波器接收并捕獲信號，進行進一步的處理和分析。例如，這使您能夠在投入更多時間和資源開發(fā)或購買DSP芯片之前，通過將物理收發(fā)器的輸出作為輸入，連接到模擬DSP鏈，從而研究特定DSP算法對實際收發(fā)器性能的影響。
如何仿真800GBASE- FR4系統(tǒng)
800GBASE – FR4是一種新興的物理層光學(xué)標準，適用于短距離應(yīng)用中的高速數(shù)據(jù)傳輸，特別是以太網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心互連。
在VPItransmissionMakerTM Optical Systems中提供了一個基于800G可插拔MSA技術(shù)規(guī)范的仿真示例，采用四級脈沖幅度調(diào)制（PAM-4）格式，波特率為 112.5 GBaud，傳輸距離可達 2 公里，使用標準單模光纖（SSMF）。系統(tǒng)包含四個通道，利用波長分復(fù)用（WDM）技術(shù)，并使用基于 Reed-Solomon 碼的前向糾錯（FEC）方案。根據(jù)用戶需求，也可以應(yīng)用級聯(lián)的 FEC 方案。下圖展示了該系統(tǒng)的示意圖。
PAM-4發(fā)射器仿真
VPItransmissionMakerTM Optical Systems采用分層設(shè)計方法，使您能夠隱藏PAM-4發(fā)射器等特定模塊的復(fù)雜細節(jié)。如果需要了解模塊的詳細工作原理或進行更深入的優(yōu)化，只需右鍵點擊模塊并選擇“查看內(nèi)部結(jié)構(gòu)”。在PAM-4調(diào)制方式中，每個符號通過四個不同的幅度級來表示兩個比特，降低符號速率和帶寬需求。PAM-4作為一種高效的調(diào)制格式，在提升數(shù)據(jù)速率的同時也帶來了對噪聲和非線性敏感性的挑戰(zhàn)。因此設(shè)計者需要精心設(shè)計和優(yōu)化以保持信號完整性。
在每個發(fā)射器中，帶寬是通過電 PAM-4 信號對光載波進行調(diào)制來確定的。這個過程涉及到電吸收（EA）調(diào)制器。調(diào)制器的頻率響應(yīng)限制和PAM-4驅(qū)動信號的特性都會影響帶寬。激光源在O波段工作，提供光載波，其參數(shù)（包括波長、線寬和功率）可以通過VPIphotonics Design Suite進一步探索和優(yōu)化。在發(fā)射端，F(xiàn)EC編碼器會向傳輸?shù)臄?shù)據(jù)添加冗余信息或校驗位。以便接收端的FEC解碼器利用這些信息檢測和糾正錯誤。
光纖和接收器仿真
在發(fā)射端，在多路復(fù)用四個發(fā)射器信號后，WDM信號通過SSMF傳播。仿真中使用的通用光纖模型可以計算信號在光纖中雙向傳播的情況，并考慮諸如衰減、色散、自相位和交叉相位調(diào)制、四波混頻、布里淵散射、拉曼散射等傳輸效應(yīng)。在接收端，使用帶通濾波器來選擇目標通道，模擬解復(fù)用器的行為。用戶可以根據(jù)實際測量結(jié)果調(diào)整濾波器設(shè)置，以匹配解復(fù)用器的傳遞函數(shù)，從而精確獲取目標信號。濾波后的信號由光電二極管檢測，考慮到響應(yīng)度、熱噪聲、散粒噪聲等相關(guān)參數(shù)。完成時鐘恢復(fù)后，通過直接統(tǒng)計錯誤數(shù)量或使用統(tǒng)計方法來估算誤碼率（BER）。系統(tǒng)會在FEC解碼前后分別計算BER，以比較和分析FEC的性能提升效果。
在光通信系統(tǒng)的仿真中，幾種通用信號分析器用于幫助可視化整個過程中光或電信號的表現(xiàn)。在仿真完成后，結(jié)果會以多種圖表的形式展示。“Tx Optical Spectrum”顯示多路復(fù)用后的四個通道的傳輸光譜。數(shù)值圖表表示當調(diào)整發(fā)射器帶寬時，在FEC編碼前后的BER估計情況。需要注意的是，如果BER在圖表中的FEC閾值以下，則系統(tǒng)可以實現(xiàn)“無誤碼”性能?！癛eceived Signal”顯示在BER估算前接收信號的眼圖。用戶還可以根據(jù)需要選擇特定迭代（例如50 GHz、55 GHz等）的接收信號進行查看。
VPIphotonics公司提供的工具套件極為全面且深入，覆蓋了從集成光子器件設(shè)計到復(fù)雜光網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的多個不同抽象層級，精準對接客戶多元化的需求。即刻聯(lián)系凌云光以申請評估機會，親身體驗VPIphotonics的軟件解決方案如何為您的項目注入顯著優(yōu)勢，助力您在光子技術(shù)領(lǐng)域加速邁向成功。
