ความรู้

เลนส์ที่สอดคล้องกันคืออะไร?

เลนส์ที่สอดคล้องกันเป็นเทคโนโลยีใยแก้วนำแสงที่เข้ารหัสข้อมูลโดยใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของคลื่นแสง-แอมพลิจูด เฟส และโพลาไรเซชัน- แทนที่จะเปิดและปิดไฟเพียงอย่างเดียว กการสื่อสารด้วยแสงที่สอดคล้องกันระบบผสมผสานการมอดูเลตขั้นสูงที่ตัวส่งสัญญาณเข้ากับตัวรับพิเศษที่ใช้เลเซอร์ของตัวเองเพื่อถอดรหัสเนื้อหาข้อมูลทั้งหมดของสัญญาณขาเข้า เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการแบบเดิม การส่งสัญญาณแบบโคฮีเรนต์จะเพิ่มทั้งความจุและการเข้าถึงอย่างมาก ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมลิงก์ไฟเบอร์ระยะไกล-ความเร็วสูงและระยะไกล-แทบทั้งหมดในปัจจุบันจึงต้องอาศัยเทคโนโลยีที่เชื่อมโยงกัน วิธีที่ใยแก้วเส้นเดียวนำพาข้อมูลหลายเทราไบต์ข้ามมหาสมุทรหรือระหว่างศูนย์ข้อมูล-ซึ่งเป็นระบบการมองเห็นที่เชื่อมโยงกัน คู่มือนี้จะอธิบายวิธีการทำงานของเทคโนโลยี อะไรที่ทำให้เทคโนโลยี "สอดคล้องกัน" ตำแหน่งที่ใช้ และทิศทางของเทคโนโลยี

ความหมายที่แท้จริงของเลนส์ที่สอดคล้องกัน

คำว่า "สอดคล้องกัน" หมายถึงวิธีที่เครื่องรับตรวจจับสัญญาณแสง-และนี่คือสิ่งที่ทำให้เห็นความแตกต่างอย่างชัดเจนเลนส์ที่สอดคล้องกันจากเทคโนโลยีด้านการมองเห็นก่อนหน้านี้ทั้งหมด

ระบบไฟเบอร์แบบดั้งเดิมใช้การตรวจจับโดยตรง (โดยทั่วไปเรียกว่าการตรวจจับโดยตรงแบบปรับความเข้มหรือ IM-DD) เครื่องตรวจจับแสงที่ปลายรับเพียงแต่วัดความสว่างของแสงที่เข้ามา โดยสว่างหมายถึง 1 มืดหมายถึง 0 แม้ว่าจะตรงไปตรงมา แต่วิธีนี้จะละทิ้งข้อมูลส่วนใหญ่ที่คลื่นแสงสามารถพาไปได้-โดยเฉพาะเฟสและโพลาไรซ์ของมัน

ในระบบที่สอดคล้องกัน เครื่องรับจะมีเลเซอร์ที่เรียกว่าออสซิลเลเตอร์เฉพาะที่-กแหล่งกำเนิดแสงที่สอดคล้องกันที่สร้างคลื่นอ้างอิงและผสมกับสัญญาณที่เข้ามา เพราะคลื่นทั้งสองก่อให้เกิดแสงที่สอดคล้องกัน-หมายความว่าพวกมันมีความสัมพันธ์ที่มั่นคงและคาดเดาได้ในความถี่และเฟส-รูปแบบการรบกวนของพวกมันไม่เพียงแต่เผยให้เห็นความสว่างของสัญญาณเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเฟสและสถานะโพลาไรเซชันที่แน่นอนด้วย เครื่องรับจะกู้คืนสนามแสงทั้งหมด โดยปลดล็อคขนาดของข้อมูลที่การตรวจจับโดยตรงไม่สามารถเข้าถึงได้

นี่คือข้อได้เปรียบพื้นฐาน ประโยชน์อื่นๆ ทั้งหมดของ coherent optics-ความจุที่สูงขึ้น การเข้าถึงที่ไกลขึ้น และการออกแบบเครือข่ายที่เรียบง่ายยิ่งขึ้น-มีต้นกำเนิดมาจากความสามารถนี้ในการอ่านข้อมูลทั้งหมดที่เข้ารหัสในคลื่นแสง

ระบบออพติคัลโคฮีเรนท์ทำงานอย่างไร

เครื่องส่ง: การปรับที่สอดคล้องกันในการดำเนินการ

ที่เครื่องส่งสัญญาณ เลเซอร์แบบปรับได้จะสร้างลำแสงที่แคบและเสถียรที่ความยาวคลื่นเฉพาะ โมเดอเรเตอร์จึงดำเนินการการปรับที่สอดคล้องกันโดยการพิมพ์ข้อมูลลงบนลำแสงนี้ และจัดการคุณสมบัติ 3 อย่างพร้อมกัน:

แอมพลิจูด- สามารถตั้งค่าความเข้มของคลื่นได้หลายระดับ ไม่ใช่แค่เปิด/ปิด

เฟส- ตำแหน่งเวลาภายในวงจรคลื่นถูกเลื่อนไปยังมุมที่กำหนด (เช่น 0 องศา , 90 องศา , 180 องศา , 270 องศา ) แต่ละอันแสดงถึงรูปแบบข้อมูลที่แตกต่างกัน

โพลาไรซ์- แสงถูกแบ่งออกเป็นสองทิศทางตั้งฉาก (แนวนอนและแนวตั้ง) แต่ละทิศทางมีกระแสข้อมูลอิสระ นี้โพลาไรซ์แสงที่สอดคล้องกันเทคนิคที่เรียกว่าโพลาไรเซชันมัลติเพล็กซิ่ง จะเพิ่มความจุของความยาวคลื่นเดี่ยวเป็นสองเท่า

การรวมกันของแอมพลิจูด เฟส และการเข้ารหัสโพลาไรเซชันทำให้พัลส์เดียว-เรียกว่าสัญลักษณ์-สามารถส่งข้อมูลหลายบิตในคราวเดียว ซึ่งเกินหนึ่งบิตต่อสัญลักษณ์อย่างมากที่ทำได้ด้วยการกดเปิด-

ผู้รับ: การตรวจจับด้วยแสงที่สอดคล้องกันและการกู้คืนแบบดิจิทัล

ที่ปลายอีกด้านหนึ่งของเส้นใยการตรวจจับที่สอดคล้องกันเกิดขึ้น: เครื่องรับที่สอดคล้องกันจะผสมสัญญาณขาเข้าสัญญาณที่สอดคล้องกันด้วยเลเซอร์ออสซิลเลเตอร์เฉพาะที่ กระบวนการรบกวนนี้จะสร้างสัญญาณไฟฟ้าที่รักษาข้อมูลแอมพลิจูด เฟส และโพลาไรซ์จากเครื่องส่งสัญญาณ ตัวแปลงอนาล็อก-เป็น-ความเร็วสูงจะสุ่มตัวอย่างสัญญาณเหล่านี้ และดิจิทัลที่สอดคล้องกันตัวประมวลผลสัญญาณ (DSP) จัดการการประมวลผลในภายหลัง

DSP ทำหน้าที่สำคัญหลายประการ มันแยกสองช่องโพลาไรเซชัน ติดตามและชดเชยการกระจายตัวของสี-ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่ความยาวคลื่นแสงต่างกันเดินทางด้วยความเร็วต่างกันเล็กน้อยผ่านเส้นใย ส่งผลให้พัลส์กระจายไปตามระยะทาง นอกจากนี้ยังแก้ไขการกระจายตัวของโหมดโพลาไรเซชันและความบกพร่องของไฟเบอร์อื่นๆ ในแบบเรียลไทม์ ในทางคณิตศาสตร์ โดยไม่ต้องใช้ฮาร์ดแวร์ชดเชยทางกายภาพใดๆ ในลิงก์

อัลกอริธึมการแก้ไขข้อผิดพลาดไปข้างหน้า (FEC) ทำงานเคียงข้าง DSP โดยฝังข้อมูลที่ซ้ำซ้อนลงในสัญญาณ เพื่อให้เครื่องรับตรวจจับและซ่อมแซมข้อผิดพลาดโดยไม่ต้องส่งสัญญาณซ้ำ การตัดสินใจเชิงนุ่มนวล-ขั้นสูง FEC ผลักดันความทนทานต่อเสียงรบกวนของระบบที่เชื่อมโยงกันมากกว่าที่เทคโนโลยีก่อนหน้านี้สามารถทำได้

ผลกระทบสุทธิสำหรับผู้ให้บริการเครือข่าย: สามารถเปิดใช้งานเส้นทางไฟเบอร์ใหม่ได้โดยไม่ต้องมีการชดเชยการกระจายทางวิศวกรรมด้วยตนเองสำหรับแต่ละลิงก์ อุปกรณ์ทางกายภาพลดลง การออกแบบเครือข่ายง่ายขึ้น และต้นทุนการดำเนินงานลดลง

Coherent Optics ให้ข้อมูลมากขึ้นได้อย่างไร

ข้อได้เปรียบด้านความจุของการสื่อสารด้วยแสงที่สอดคล้องกันขึ้นอยู่กับจำนวนบิตที่แต่ละสัญลักษณ์มี และประสิทธิภาพของสเปกตรัมแสงที่มีอยู่

ด้วยการเปิด-การปิดคีย์ (OOK) แบบดั้งเดิม ทุกสัญลักษณ์จะมีหนึ่งบิตพอดี รูปแบบแรกที่สอดคล้องกันที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย-dual-polarization quadrature Phase Shift Keying (DP-QPSK)-เข้ารหัสสี่บิตต่อสัญลักษณ์ ซึ่งเพิ่มขึ้นสี่เท่าจากอัตรารับส่งข้อมูลเดียวกัน รูปแบบลำดับที่สูงกว่า-จะผลักดันให้ไกลยิ่งขึ้น: 16QAM มี 8 บิตต่อสัญลักษณ์ และ 64QAM มี 12 บิต ข้อดีคือรูปแบบที่หนาแน่นกว่านั้นต้องการสัญญาณที่สะอาดกว่า (อัตราส่วนสัญญาณแสงที่สูงกว่า-ต่อ-สัญญาณรบกวน) และทำงานในระยะทางที่สั้นกว่า ดังนั้นผู้ปฏิบัติงานจึงเลือกรูปแบบที่ตรงกับความยาวและเงื่อนไขของแต่ละลิงก์มากที่สุด

ประสิทธิภาพสเปกตรัม

ประสิทธิภาพของสเปกตรัม-ปริมาณข้อมูลที่ใช้งานได้ต่อหน่วยสเปกตรัมแสง-เป็นตัวชี้วัดที่สำคัญอีกประการหนึ่ง ระบบตรวจจับโดยตรง 10G- ในช่วงเริ่มต้นทำได้ประมาณ 0.2 บิตต่อวินาทีต่อเฮิรตซ์ ระบบเชื่อมโยงสมัยใหม่มักเกิน 5–6 b/s/Hz เป็นประจำ ซึ่งหมายความว่าโครงสร้างพื้นฐานไฟเบอร์และแอมพลิฟายเออร์เดียวกันสามารถส่งข้อมูลได้มากกว่า 25 ถึง 30 เท่า ในระบบมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นหนาแน่น (DWDM) ที่มีช่องสัญญาณตั้งแต่ 80 ช่องขึ้นไป คู่ไฟเบอร์เดี่ยวสามารถเข้าถึงความจุได้หลายสิบเทราบิตต่อวินาทีของความจุทั้งหมด

โมดูลออปติคอลที่สอดคล้องกัน: มีอะไรอยู่ข้างใน

A ตัวรับส่งสัญญาณแสงที่สอดคล้องกันเป็นโมดูลในตัวเอง-ที่เสียบเข้ากับสวิตช์เครือข่ายหรือเราเตอร์ ด้านหนึ่งมีอินเทอร์เฟซแบบออปติคัลเชื่อมต่อกับไฟเบอร์ อีกอันมีอินเทอร์เฟซทางไฟฟ้าเชื่อมต่อกับระนาบข้อมูลของระบบโฮสต์ ภายใน ส่วนประกอบหลัก ได้แก่ เลเซอร์ที่ปรับได้ ออปติคัลโมดูเลเตอร์ ตัวรับที่เชื่อมโยงกับออสซิลเลเตอร์เฉพาะที่ และชิป DSP ที่จัดการการมอดูเลชั่น ดีโมดูเลชั่น การชดเชยการด้อยค่า และ FEC

ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ส่วนประกอบเหล่านี้ได้รับการย่อขนาดให้เล็กลงอย่างต่อเนื่องเสียบได้สอดคล้องกันปัจจัยรูปแบบ ไลน์การ์ดที่สอดคล้องกันในช่วงแรกใช้พื้นที่ช่องแชสซีทั้งหมด วันนี้เครื่องรับส่งสัญญาณที่สอดคล้องกันใช้อินเทอร์เฟซมาตรฐาน เช่น QSFP-DD และ OSFP- ขนาดกะทัดรัดพอที่จะเสียบเข้ากับแผงด้านหน้าของเราเตอร์โดยตรงที่ความหนาแน่นของพอร์ตสูง ตัวอย่างเช่น โมดูลเชื่อมโยงกัน QSFP-DD เดียว ให้ปริมาณงานสูงถึง 400G บนความยาวคลื่นเดียว โมดูล OSFP รุ่นถัดไป-กำหนดเป้าหมายไปที่ 800G ขึ้นไป

การกำหนดมาตรฐานมีความสำคัญต่อวิวัฒนาการนี้ Optical Internetworking Forum (OIF) กำหนดข้อตกลงการทำงานร่วมกันสำหรับโมดูลแบบเสียบได้ที่สอดคล้องกัน ในขณะที่มาตรฐาน IEEE 802.3ct ระบุวิธีที่ความยาวคลื่น 400G เชื่อมโยงกันเชื่อมต่อกับอีเธอร์เน็ต มาตรฐานเหล่านี้ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถผสมโมดูลจากผู้ขายหลายรายในเครือข่ายเดียวกันได้

การประยุกต์ใช้เลนส์เชื่อมโยงกัน

การเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูล

ผู้ปฏิบัติงานระบบคลาวด์และ AI ระดับไฮเปอร์สเกลเชื่อมต่อศูนย์ข้อมูลของตนในระยะทางตั้งแต่ไม่กี่กิโลเมตรไปจนถึงมากกว่า 120 กม. 400G ZR/ZR+ ที่ได้มาตรฐานเสียบได้สอดคล้องกันโมดูลที่พอดีกับพอร์ตเราเตอร์โดยตรง ทำให้ไม่จำเป็นต้องมีแพลตฟอร์มการขนส่งแบบออปติคัลแยกต่างหาก และลดความซับซ้อนทั้ง-การใช้งานและการดำเนินงานขนาดใหญ่

แกนหลักโทรคมนาคม: รถไฟใต้ดินสู่ระยะไกล-

ผู้ให้บริการพึ่งพาการสื่อสารด้วยแสงที่สอดคล้องกันทั่วทั้ง-เส้นทางรถไฟใต้ดินทุกระดับระหว่างสำนักงานกลาง ลิงก์ระดับภูมิภาคที่ทอดยาวหลายร้อยกิโลเมตร และเส้นทางระยะไกลข้ามทวีป- เนื่องจากความหนาแน่นของเครือข่าย 5G ส่งผลให้ความต้องการแบนด์วิธแบ็คฮอลเพิ่มขึ้นและมีขนาดกะทัดรัดเครื่องรับส่งสัญญาณที่สอดคล้องกันกำลังค้นหาทางเข้าสู่การรวมเซลล์-ไซต์ด้วย

สายเคเบิลใต้น้ำ

ข้อมูลระหว่างทวีปเดินทางผ่านระบบไฟเบอร์ใต้ทะเลที่ต้องการการเข้าถึงที่มาก ความจุสูงสุดต่อคู่ไฟเบอร์ และความน่าเชื่อถือสูงในสภาพแวดล้อมที่การซ่อมแซมมีค่าใช้จ่ายสูงเป็นพิเศษ-ข้อกำหนดที่มีเพียงเลนส์ที่สอดคล้องกันสามารถตอบสนองได้พร้อมๆ กัน

เลนส์ที่สอดคล้องกัน, PAM4 และ DWDM

Coherent vs. PAM4: เสริม, ไม่แข่งขันกัน

PAM4 (การมอดูเลตแอมพลิจูดพัลส์ระดับ 4-) ครองการเชื่อมต่อ-การเข้าถึงระยะสั้นภายในศูนย์ข้อมูล-เรียบง่าย พลังงานต่ำ- และคุ้มค่า- โดยจะเข้ารหัสสองบิตต่อสัญลักษณ์โดยใช้ระดับความสว่างสี่ระดับ แต่ไม่มีการชดเชยการกระจายในตัว ระยะเอื้อมในทางปฏิบัติจึงสูงถึงประมาณ 10–30 กม.การสื่อสารด้วยแสงที่สอดคล้องกันขยายออกไปหลายร้อยหรือหลายพันกิโลเมตร โดยมีค่าใช้จ่ายด้านพลังงานที่สูงกว่าและความซับซ้อนที่มากขึ้น ทั้งสองแบ่งการแบ่งงานกันอย่างชัดเจน: PAM4 สำหรับลิงก์ระยะไกล- ซึ่งเชื่อมโยงกันสำหรับทุกสิ่งที่ยาวกว่า เนื่องจากปลั๊กเสียบที่สอดคล้องกันมีขนาดเล็กลงและประหยัดพลังงานมากขึ้น- ขอบเขตระหว่างปลั๊กเหล่านี้ยังคงเลื่อนเข้าด้านใน

DWDM ที่สอดคล้องกัน: Framework Coherent Optics ดำเนินต่อไป

มัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นหนาแน่น (DWDM) จะส่งความยาวคลื่นหลายสิบความยาวคลื่นผ่านไฟเบอร์เส้นเดียวพร้อมกัน โดยแต่ละเส้นจะมีกระแสข้อมูลของตัวเองตัวรับส่งสัญญาณแสงที่สอดคล้องกันกำหนดจำนวนข้อมูลแต่ละความยาวคลื่นที่มี ในกสอดคล้องกันDWDMระบบทั้งสองเทคโนโลยีเสริมกัน: DWDM จัดให้มีช่องทางการปรับที่สอดคล้องกันเติมเต็มพวกเขา เมื่อโมดูลที่สอดคล้องกันใช้เลเซอร์ที่ปรับได้ ความยาวคลื่นในการส่งสามารถตั้งค่าเป็นช่องสัญญาณใดก็ได้บนตาราง DWDM ทำให้ผู้ปฏิบัติงานมีความยืดหยุ่นในการกำหนดเส้นทางและกำหนดค่าความจุใหม่ทั่วทั้งเครือข่าย

Coherent Optics ในปี 2026 และต่อๆ ไป

จาก Backbone สู่ Metro และ Edge

ภายในปี 2569ตัวรับส่งสัญญาณแสงที่สอดคล้องกันกำลังขยายตัวอย่างรวดเร็วจาก-การส่งข้อมูลระยะไกลไปยังเครือข่ายรถไฟใต้ดิน การเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูล (DCI) และการประมวลผลที่ขอบ-ที่ขับเคลื่อนโดย 5G-การเติบโตของการรับส่งข้อมูลขั้นสูง ปริมาณงาน AI แบบกระจาย และความต้องการแบนด์วิดท์ขององค์กรที่เพิ่มขึ้น

800G ZR/ZR+เสียบได้สอดคล้องกันปัจจุบันโมดูลต่างๆ ทำหน้าที่สองหน้าที่: ครอบคลุมช่วงลากยาว-ที่เกิน 1,700 กม. ในขณะเดียวกันก็ลดต้นทุนต่อบิตของการเชื่อมโยงรถไฟใต้ดินระยะทาง 40–120 กม. ในขณะเดียวกัน โมดูลที่เชื่อมโยงกัน-กำลังสูง 100G กำลังปรับโฉมการออกแบบเครือข่ายในเมืองใหญ่-เอาต์พุตการส่งสัญญาณที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น รวมกับไฟเบอร์ที่สูญเสียต่ำ- ทำให้สามารถส่งสัญญาณแบบไม่มีการขยายได้ไกลกว่า 120 กม. กำจัดเครื่องขยายสัญญาณระดับกลาง และลด-ทั้งการสร้างและค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน

Edge Computing กำลังเร่งการเปลี่ยนแปลงนี้ เนื่องจากการอนุมานของ AI เคลื่อนไปยังโหนดแบบกระจาย การเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูลหลักและไซต์ Edge ต้องใช้แบนด์วิธที่ PAM4 ไม่สามารถส่งมอบในระยะทางดังกล่าวได้ กะทัดรัด ใช้พลังงานต่ำ-เครื่องรับส่งสัญญาณที่สอดคล้องกันกำลังกลายเป็นองค์ประกอบหลักสำหรับลิงก์เหล่านี้

โมเมนตัมอุตสาหกรรม

การจัดส่งโมดูลเชื่อมโยงกัน 800G คาดว่าจะเติบโตจากต่ำกว่า 5% ของปริมาณการเชื่อมโยงกันทั้งหมดในปี 2568 เป็นประมาณ 30% ภายในสิ้นปี 2569 โดยได้รับแรงหนุนหลักจากผู้ให้บริการในอเมริกาเหนือและความต้องการ DCI ที่มีปริมาณมาก ที่ OFC 2026 OIF แสดงให้เห็นถึง-ผู้ขายหลายรายที่ทำงานร่วมกันได้สำหรับโมดูลแบบเสียบได้ 400ZR และ 800ZR- ซึ่งเป็นการยืนยันว่าระบบนิเวศรองรับ-การปรับใช้ที่เป็นกลางของผู้จำหน่าย-ขนาดใหญ่

เมื่อมองไปข้างหน้า ระบบที่เชื่อมโยงกัน 1.6 เทราบิต-ต่อ-วินาทีกำลังอยู่ในการพัฒนาบนซิลิคอน DSP รุ่นถัดไป- วิถีโคจรสม่ำเสมอ: เร็วขึ้น เล็กลง กำลังลดลง-และขยายออกเลนส์ที่สอดคล้องกันจากแกนเครือข่ายไปจนถึงขอบเครือข่าย