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數(shù)據(jù)中心CWDM4傳輸技術(shù)是什么？ 隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的推廣應(yīng)用，數(shù)據(jù)中心得到迅猛發(fā)展，成為信息社會中的重要基礎(chǔ)設(shè)施。數(shù)據(jù)中心由大量服務(wù)器組成，服務(wù)器之間需要高速、大容量的數(shù)據(jù)傳輸和交換，傳統(tǒng)的電纜傳輸不能滿足速率要求，光纖傳輸技術(shù)自2010年左右進(jìn)入數(shù)據(jù)中心，至今已經(jīng)成為主流傳輸技術(shù)。 早期的數(shù)據(jù)中心規(guī)模不大，所需傳輸距離在數(shù)十至數(shù)百米，通常采用多模光纖并行傳輸技術(shù)，并不斷優(yōu)化多模光纖的色散性能，以支持更高速率、更長距離的傳輸需求。其中符合OM4標(biāo)準(zhǔn)的多模光纖，可支持10G信號傳輸550米。 然而，數(shù)據(jù)中心的主流傳輸速率已進(jìn)入100G時代，通常采用4×25G傳輸方案，單信道傳輸速率達(dá)到25G，多模光纖已經(jīng)不能支持這么高的傳輸速率，單模光纖被引入100G傳輸系統(tǒng)。事實上，單模光纖的成本比多模光纖高，但單模光纖的傳輸波長在1310nm波段，而多模光纖的傳輸波長在850nm波段，1310nm波段的光電子器件較850nm波段的光電子器件貴得多。 單模光纖傳輸4×25G光信號，最早采用的是PSM4方案，通過8根光纖實現(xiàn)一對收發(fā)模塊之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸。PSM4的每個光纖收發(fā)器僅需采用一個激光器，分光四路，分別經(jīng)四個調(diào)制器輸出，因此節(jié)省了光源成本。但是隨著傳輸距離的增加，光纖成本迅速增加，因此PSM4通常應(yīng)用于傳輸距離在500米以下的場景。 對于傳輸距離大于500米的應(yīng)用場景，為了節(jié)約光纖成本，電信網(wǎng)中的CWDM技術(shù)被引入數(shù)據(jù)中心，即為CWDM4傳輸方案，通過波分復(fù)用/解復(fù)用器，在一根光纖中傳輸1271nm、1291nm、1311nm、1331nm四個間隔20nm的波長，這樣在兩個光纖收發(fā)模塊之間，只需兩根光纖就可實現(xiàn)雙向傳輸。CWDM4可支持4×25G信號傳輸，在500~2000米傳輸距離較PSM4方案有成本優(yōu)勢。 2.CWDM4技術(shù)方案 CWDM技術(shù)在電信網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，國際電信聯(lián)盟ITU在1271-1611nm波段定義了18個間隔20nm的CWDM信道。數(shù)據(jù)通信中的CWDM4標(biāo)準(zhǔn)，采用其中靠近G652單模光纖的零色散點(diǎn)的四個波長，即1271-1331nm。 數(shù)據(jù)中心100G光纖收發(fā)模塊，目前的主流封裝形式是QSFP28，模塊中集成了4個半導(dǎo)體激光器、光探測器陣列及其驅(qū)動電路，以及無源的CWDM4組件。為了將CWDM4組件集成到QSFP28模塊中，需要盡量小型化設(shè)計，對尺寸的要求比電信應(yīng)用中的CCWDM模塊（一種緊湊型CWDM模塊）更嚴(yán)苛。 1)Z-block技術(shù) 最早采用的CWDM4組件是基于薄膜濾波片TFF的Z-block技術(shù)，如圖1所示，8個TFF濾波片分兩組粘貼在一個斜方棱鏡上，一組用于波分復(fù)用，另一組用于波分解復(fù)用，各濾波片的透射波長分別為1271nm、1291nm、1311nm、1331nm。  圖1. 貼裝CWDM4濾波片的Z-block結(jié)構(gòu) Z-block組件的波分復(fù)用發(fā)射光路如圖2所示，注意斜方棱鏡的背面部分區(qū)域鍍了高反膜。從右側(cè)4個準(zhǔn)直器發(fā)射的光信號，分別透過對應(yīng)的濾波片，經(jīng)不同反射次數(shù)，到達(dá)左側(cè)公共端的準(zhǔn)直器，耦合到輸出光纖中。由于斜方棱鏡中的光路較長，達(dá)到10mm量級，因此必須采用總共五個準(zhǔn)直器。反射光路及準(zhǔn)直光束的耦合，對角度非常敏感，因此不能采用一體化的準(zhǔn)直器陣列，而必須對每個輸入準(zhǔn)直器獨(dú)立調(diào)節(jié)對準(zhǔn)，組裝工藝較為復(fù)雜。  圖2. Z-block的復(fù)用發(fā)射光路 Z-block組件的波分解復(fù)用接收光路如圖3所示，公共端光信號從左側(cè)準(zhǔn)直器輸入，各信道的光信號經(jīng)過不同反射次數(shù)，透過對應(yīng)的濾波片，經(jīng)微透鏡聚焦在光探測器陣列上的對應(yīng)單元。光探測器陣列貼裝在PCB板上，如圖3（b）所示。在水平面內(nèi)被波分解復(fù)用的光束，需經(jīng)過一個直角棱鏡實現(xiàn)90度轉(zhuǎn)向，沿豎直方向入射在光探測器上。光探測器的有源區(qū)尺寸通常只有Φ50微米，Z-block中傳輸?shù)臏?zhǔn)直光束直徑遠(yuǎn)大于此，因此需要微透鏡聚焦，并且微透鏡需要在垂直光路的橫截面內(nèi)，上下左右調(diào)節(jié)，以將聚焦光斑對準(zhǔn)光探測器的有源區(qū)。這個調(diào)節(jié)對焦過程，也增加了Z-block組裝工藝的復(fù)雜度。  圖3. Z-block的解復(fù)用接收光路 2)AWG技術(shù) 為了簡化封裝工藝，以減小尺寸和降低成本，人們開發(fā)了基于集成光學(xué)技術(shù)的CWDM4 AWG芯片。AWG是陣列波導(dǎo)光柵的簡稱，在電信網(wǎng)中早已成熟應(yīng)用。電信網(wǎng)中的AWG被用于復(fù)用/解復(fù)用DWDM光信號，信道間隔通常為200G或者100G（對應(yīng)波長間隔1.6nm或者0.8nm）。因為應(yīng)用場景主要是電信網(wǎng)的骨干網(wǎng)，對成本不敏感。 |
