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응집성 광학이란 무엇입니까?

응집성 광학단순히 빛을 켜고 끄는 것이 아니라 광파-진폭, 위상 및 편광-의 여러 속성을 활용하여 데이터를 인코딩하는 광섬유 기술입니다. 에이일관된 광통신시스템은 자체 레이저를 사용하여 수신 신호의 전체 정보 내용을 디코딩하는 특수 수신기와 송신기의 고급 변조를 결합합니다. 기존 방법에 비해 코히어런트 광 전송은 용량과 도달 범위를 크게 증가시킵니다. 이것이 바로 오늘날 거의 모든 고속-, 장거리- 광섬유 링크가 코히어런트 기술에 의존하는 이유입니다. 단일 유리 섬유 가닥이 바다를 가로질러 또는 일관성 있는 광학 장치인 데이터 센터- 간에 테라바이트의 데이터를 전달하는 방법입니다. 이 가이드에서는 기술이 어떻게 작동하는지, 무엇이 "일관성"을 갖게 하는지, 어디에 사용되는지, 그리고 어디로 향하는지 설명합니다.

코히어런트 광학의 진정한 의미

'일관성'이라는 단어는 수신기가 광 신호를 감지하는 방식을 나타내며-이것이 바로 차이점입니다.간섭성 광학이전의 모든 광학 기술로부터.

기존 광섬유 시스템은 직접 감지(일반적으로 강도-변조 직접 감지 또는 IM{1}}DD라고 함)를 사용합니다. 수신 측의 광검출기는 단순히 들어오는 빛의 밝기를 측정합니다. 밝은 것은 1을 의미하고 어두운 것은 0을 의미합니다. 이 방법은 간단하지만 광파가 전달할 수 있는 대부분의 정보, 특히 위상과 편광을 삭제합니다.-

코히어런트 시스템에서 수신기에는 국부 발진기라는 레이저가 포함되어 있습니다.-a일관된 광원기준파를 생성하고 이를 수신 신호와 혼합합니다. 두 파동이 모두 생성되기 때문에일관된 빛-주파수와 위상에서 안정적이고 예측 가능한 관계가 있음을 의미합니다.-간섭 패턴은 신호의 밝기뿐만 아니라 정확한 위상 및 편광 상태도 드러냅니다. 수신기는 전체 광학장을 복구하여 직접 감지가 접근할 수 없는 차원의 정보를 잠금 해제합니다.

이것이 근본적인 장점입니다. 코히어런트 광학의 다른 모든 이점은-더 큰 용량, 더 긴 도달 범위, 더 단순한 네트워크 설계-는 광파에 인코딩된 전체 정보를 읽을 수 있는 능력에서 비롯됩니다.

코히어런트 광학 시스템의 작동 방식

송신기: 응집성 변조 작동

송신기에서 조정 가능한 레이저는 특정 파장의 좁고 안정적인 광선을 생성합니다. 그런 다음 변조기는 다음을 수행합니다.일관된 변조이 빔에 데이터를 각인하여 세 가지 속성을 동시에 조작합니다.

진폭- 파도의 강도는 켜기/끄기뿐만 아니라 여러 수준으로 설정할 수 있습니다.

단계- 웨이브 사이클 내의 타이밍 위치는 정의된 각도(예: 0도, 90도, 180도, 270도)로 이동하며 각각 다른 데이터 패턴을 나타냅니다.

양극화- 조명은 두 개의 직교 방향(수평 및 수직)으로 분할되며 각각 독립적인 데이터 스트림을 전달합니다. 이것일관된 광학 편광편광 다중화라고 불리는 기술은 단일 파장의 용량을 두 배로 늘립니다.

진폭, 위상 및 편광 인코딩의 조합을 통해 -기호라고 하는 단일 펄스-가 한 번에 여러 비트의 데이터를 전달할 수 있습니다. 이는 on-키잉으로 달성할 수 있는 기호당 1비트를 훨씬 초과합니다.

수신기: 일관된 광학 감지 및 디지털 복구

섬유의 다른 쪽 끝에서는일관된 감지발생합니다. 일관된 수신기는 수신되는 신호를 혼합합니다.일관된 신호국부발진 레이저를 이용하여 이 간섭 과정은 송신기의 진폭, 위상 및 편파 정보를 보존하는 전기 신호를 생성합니다. 고속-아날로그--디지털 변환기가 이러한 신호를 샘플링하고일관된 디지털신호 프로세서(DSP)는 후속 처리를 처리합니다.

DSP는 몇 가지 중요한 기능을 수행합니다. 두 개의 편광 채널을 분리합니다. 이는 다양한 파장의 빛이 섬유를 통해 약간 다른 속도로 이동하여 펄스가 거리에 따라 확산되는 현상인 색분산-을 추적하고 보상합니다. 또한 링크의 물리적 보상 하드웨어 없이 수학적으로 실시간으로 편광 모드 분산 및 기타 광섬유 손상을 수정합니다.

DSP와 함께 실행되는 FEC(순방향 오류 수정) 알고리즘은 중복 데이터를 신호에 내장하므로 수신기가 재전송 없이 오류를 감지하고 복구할 수 있습니다. 고급 소프트-결정 FEC는 이전 기술이 달성할 수 있었던 것 이상으로 일관된 시스템의 잡음 내성을 향상시킵니다.

네트워크 운영자에게 미치는 최종 효과: 각 링크에 대한 분산 보상을 수동으로 엔지니어링하지 않고도 새로운 광섬유 경로를 활성화할 수 있습니다. 물리적 장비가 줄어들고 네트워크 설계가 단순화되며 운영 비용이 절감됩니다.

Coherent Optics가 더 많은 데이터를 제공하는 방법

용량 이점일관된 광통신각 기호가 전달하는 비트 수와 사용 가능한 광 스펙트럼이 얼마나 효율적으로 사용되는지에 따라 달라집니다.

전통적인 온{0}}오프 키잉(OOK)을 사용하면 모든 기호는 정확히 1비트를 전달합니다. 널리 배포된 최초의 일관된 형식-이중-편파 직교 위상 편이 변조(DP-QPSK)-는 기호당 4비트를 인코딩하며 이는 동일한 전송 속도에 비해 4배 증가합니다. 더 높은-차수 형식은 더 발전합니다. 16QAM은 기호당 8비트를 전달하고 64QAM은 12비트를 전달합니다. 밀도가 높은 형식은 더 깨끗한 신호(더 높은 광 신호-대-노이즈 비율)가 필요하고 더 짧은 거리에서 작동하므로 운영자는 각 링크의 길이와 조건에 가장 잘 맞는 형식을 선택합니다.

스펙트럼 효율성

스펙트럼 효율성-광 스펙트럼 단위당 사용 가능한 데이터 처리량-은 또 다른 핵심 측정항목입니다. 초기 10G 직접{4}}감지 시스템은 헤르츠당 초당 약 0.2비트를 달성했습니다. 최신 코히어런트 시스템은 일반적으로 5~6b/s/Hz를 초과합니다. 이는 동일한 광섬유 및 증폭기 인프라가 25~30배 더 많은 데이터를 전달할 수 있음을 의미합니다. 80개 이상의 채널이 있는 DWDM(고밀도 파장 분할 다중화) 시스템에서 단일 광섬유 쌍은 총 용량의 초당 수십 테라비트에 도달할 수 있습니다.

코히어런트 광 모듈: 내부 구성

A 일관된 광트랜시버네트워크 스위치나 라우터에 연결되는{0}}자체 모듈입니다. 한쪽에는 광섬유에 연결되는 광학 인터페이스가 있습니다. 다른 하나에는 호스트 시스템의 데이터 플레인에 연결되는 전기 인터페이스가 있습니다. 내부의 주요 구성 요소에는 조정 가능한 레이저, 광 변조기, 국부 발진기가 있는 간섭성 수신기, 변조, 복조, 손상 보상 및 FEC를 처리하는 DSP 칩이 포함됩니다.

지난 10년 동안 이러한 구성 요소는 지속적으로 소형화되었으며 점점 더 작아졌습니다.일관된 플러그형폼 팩터. 초기의 일관된 라인 카드는 전체 섀시 슬롯을 차지했습니다. 오늘의일관된 트랜시버높은 포트 밀도에서 라우터 전면 패널에 직접 연결할 수 있을 만큼 컴팩트한 QSFP-DD 및 OSFP-와 같은 표준 인터페이스를 사용하세요. 예를 들어 단일 QSFP-DD 코히어런트 모듈은 단일 파장에서 최대 400G의 처리량을 제공합니다. 차세대-OSFP 모듈은 800G 이상을 대상으로 합니다.

표준화는 이러한 발전에 필수적이었습니다. OIF(Optical Internetworking Forum)는 코히어런트 플러그형 모듈에 대한 상호 운용성 계약을 정의하는 반면, IEEE 802.3ct 표준은 400G 코히어런트 파장이 이더넷과 인터페이스하는 방법을 지정합니다. 이러한 표준을 통해 운영자는 동일한 네트워크에서 서로 다른 공급업체의 모듈을 혼합할 수 있습니다.

응집성 광학의 응용

데이터 센터 상호 연결

대규모 클라우드 및 AI 운영자는 수 킬로미터에서 120km가 넘는 거리에 걸쳐 데이터 센터를 연결합니다. 표준화된 400G ZR/ZR+일관된 플러그형모듈은 라우터 포트에 직접 장착되므로 별도의 광 전송 플랫폼이 필요 없고 대규모 배포와 운영이 모두 단순화됩니다.{0}}

통신 백본: 대도시부터 장거리-까지

통신업체가 의존하는일관된 광통신중앙 사무소 간의 모든 계층{0}}메트로 링크, 수백 킬로미터에 달하는 지역 링크, 대륙 횡단 장거리-노선을 포괄합니다. 5G 네트워크 밀도화로 인해 백홀 대역폭 수요가 증가함에 따라 소형일관된 트랜시버셀{0}}사이트 집합에도 진출하고 있습니다.

해저 케이블

대륙 간 데이터는 수리 비용이 엄청나게 많이 드는 환경에서 극도의 도달 범위, 광섬유 쌍당 최대 용량 및 높은 신뢰성을 요구하는 해저 광섬유 시스템을 통해 이동합니다.-간섭성 광학동시에 만족시킬 수 있습니다.

코히어런트 광학, PAM4 및 DWDM

일관성 대 PAM4: 보완적이며 경쟁적이지 않음

PAM4(4-레벨 펄스 진폭 변조)는 데이터 센터 내부의 단거리 연결을 지배하며-간단하고-전력이 낮으며 비용 효율적입니다-. 4가지 밝기 레벨을 사용하여 기호당 2비트를 인코딩하지만 분산 보상이 내장되어 있지 않아 실제 도달 범위는 약 10~30km에 이릅니다.일관된 광통신더 높은 전력과 더 큰 복잡성을 희생하면서 수백 또는 수천 킬로미터까지 확장됩니다. 두 가지 모두 명확한 업무 분업을 공유합니다. PAM4는 단거리-거리 링크를 위한 것이며 더 긴 모든 것에 대해 일관성을 갖습니다. 일관된 플러그형 장치가 더 작아지고 전력 효율성이 높아지면서{4}}그들 사이의 경계는 계속 안쪽으로 이동합니다.

코히어런트 DWDM: 코히런트 옵틱스의 프레임워크

DWDM(고밀도 파장 분할 다중화)은 단일 광섬유를 통해 수십 개의 파장을 동시에 전송하며 각각 자체 데이터 스트림을 전달합니다.코히어런트 광트랜시버각 파장이 전달하는 데이터의 양을 결정합니다. 에서일관성 있는DWDM시스템에서 두 기술은 상호보완적입니다. DWDM은 채널을 제공합니다.일관된 변조그것들을 채운다. 코히어런트 모듈이 조정 가능한 레이저를 사용하는 경우 전송 파장을 DWDM 그리드의 모든 채널로 설정할 수 있으므로 운영자는 전체 네트워크에 걸쳐 용량을 라우팅하고 재구성할 수 있는 유연성을 제공합니다.

2026년 이후의 코히어런트 광학

백본에서 메트로 및 엣지까지

2026년까지,일관된 광트랜시버5G를 통해{0}장거리 전송에서 메트로 네트워크, 데이터 센터 상호 연결(DCI) 및 에지 컴퓨팅으로 빠르게 확장되고 있습니다.{1}}고급 트래픽 증가, 분산 AI 작업 부하 및 증가하는 기업 대역폭 수요.

800G ZR/ZR+일관된 플러그형모듈은 이제 두 가지 임무를 수행합니다. 즉, 1,700km가 넘는 장거리 범위를 처리하는 동시에 40~120km 지하철 링크에서 비트당 비용을 낮추는 것입니다. 한편, 고전력-100G 코히어런트 모듈은 메트로 네트워크 설계를 재편하고 있습니다.-저손실 광섬유와 결합된 더 강력한 전송 출력은-120km 이상의 증폭되지 않은 전송을 가능하게 하여 중간 증폭기를 제거하고 구축 및 운영 비용을 절감합니다.{11}}

엣지 컴퓨팅은 이러한 변화를 가속화하고 있습니다. AI 추론이 분산 노드로 이동함에 따라 핵심 데이터 센터와 엣지 사이트 간의 연결에는 PAM4가 그러한 거리에서 제공할 수 없는 대역폭이 필요합니다. 소형, 저-전력일관된 트랜시버이러한 링크의 자연스러운 구성 요소가 되고 있습니다.

산업 모멘텀

800G 코히어런트 모듈 출하량은 주로 북미 통신업체 및 하이퍼스케일 DCI 수요에 힘입어 2025년 전체 코히어런트 볼륨의 5% 미만에서 2026년 말까지 약 30%로 증가할 것으로 예상됩니다. OFC 2026에서 OIF는 400ZR 및 800ZR 플러그형 모듈에 대한 다중 공급업체 상호 운용성을 시연하여{10}생태계가 대규모 공급업체 중립적 배포를 지원함을 확인했습니다.{11}}

앞으로는 1.6테라비트-/초- 코히어런트 시스템이 차세대-세대 DSP 실리콘에서 개발 중입니다. 궤적은 일관됩니다. 더 빠르고, 더 작고, 더 낮은 전력-확장간섭성 광학네트워크 코어에서 네트워크 에지까지.