单通道200G仿真解决方案：VPIphotonics助力800G与1.6T数据通信发展

10/25/2024，光纤在线讯，随着人工智能（AI）、机器学习（ML）、云计算、物联网（IoT）、视频流等应用对带宽的要求日益增加，行业迫切需要实现更快的数据速率和更高的数据传输密度。

为此，VPIphotonics 提供了800G和1.6T数据速率技术的仿真解决方案，帮助用户在未来的技术发展中处于领先地位。这些解决方案集成在一个灵活的软件环境中，支持与第三方仿真、编程软件和测量设备的互操作性。

VPIphotonics的仿真技术和专业设计功能，涵盖链路工程、传输设计、组件设计和器件仿真四个主要领域，并可以在一个统一的工作流程中协同使用，从而加速光子和光学技术的开发，以满足日益严苛的应用需求。

什么是光传输设计

虽然各个抽象层次的解决方案可以提供集成的仿真工作流程，但光学传输设计解决方案更侧重于研究和优化系统技术。此类解决方案适用于各种系统，包括从短距离数据中心内部连接到超长距离传输系统的收发器链路。

传输系统仿真解决方案还可以用于评估新型组件和子系统设计在整体系统中的表现。VPItransmissionMaker^TM Optical Systems可用于解决因传输引起的损伤问题，并通过DSP或FEC等技术评估这些问题的缓解策略。此外，它还能够通过模拟不同的数据速率、调制格式和并行化策略的性能，帮助比较不同技术选择。

在这一层级，VPIlabExpert^TM 使您能够将仿真直接连接到实验室设备，将VPIphotonics仿真环境中生成的信号发送到AWG或BPG，并通过实时或等效时间采样示波器接收并捕获信号，进行进一步的处理和分析。例如，这使您能够在投入更多时间和资源开发或购买DSP芯片之前，通过将物理收发器的输出作为输入，连接到模拟DSP链，从而研究特定DSP算法对实际收发器性能的影响。

如何仿真800GBASE- FR4系统

800GBASE – FR4是一种新兴的物理层光学标准，适用于短距离应用中的高速数据传输，特别是以太网和数据中心互连。

在VPItransmissionMaker^TM Optical Systems中提供了一个基于800G可插拔MSA技术规范的仿真示例，采用四级脉冲幅度调制（PAM-4）格式，波特率为 112.5 GBaud，传输距离可达 2 公里，使用标准单模光纤（SSMF）。系统包含四个通道，利用波长分复用（WDM）技术，并使用基于 Reed-Solomon 码的前向纠错（FEC）方案。根据用户需求，也可以应用级联的 FEC 方案。下图展示了该系统的示意图。


PAM-4发射器仿真

VPItransmissionMaker^TM Optical Systems采用分层设计方法，使您能够隐藏PAM-4发射器等特定模块的复杂细节。如果需要了解模块的详细工作原理或进行更深入的优化，只需右键点击模块并选择“查看内部结构”。在PAM-4调制方式中，每个符号通过四个不同的幅度级来表示两个比特，降低符号速率和带宽需求。PAM-4作为一种高效的调制格式，在提升数据速率的同时也带来了对噪声和非线性敏感性的挑战。因此设计者需要精心设计和优化以保持信号完整性。


在每个发射器中，带宽是通过电 PAM-4 信号对光载波进行调制来确定的。这个过程涉及到电吸收（EA）调制器。调制器的频率响应限制和PAM-4驱动信号的特性都会影响带宽。激光源在O波段工作，提供光载波，其参数（包括波长、线宽和功率）可以通过VPIphotonics Design Suite进一步探索和优化。在发射端，FEC编码器会向传输的数据添加冗余信息或校验位。以便接收端的FEC解码器利用这些信息检测和纠正错误。

光纤和接收器仿真

在发射端，在多路复用四个发射器信号后，WDM信号通过SSMF传播。仿真中使用的通用光纤模型可以计算信号在光纤中双向传播的情况，并考虑诸如衰减、色散、自相位和交叉相位调制、四波混频、布里渊散射、拉曼散射等传输效应。在接收端，使用带通滤波器来选择目标通道，模拟解复用器的行为。用户可以根据实际测量结果调整滤波器设置，以匹配解复用器的传递函数，从而精确获取目标信号。滤波后的信号由光电二极管检测，考虑到响应度、热噪声、散粒噪声等相关参数。完成时钟恢复后，通过直接统计错误数量或使用统计方法来估算误码率（BER）。系统会在FEC解码前后分别计算BER，以比较和分析FEC的性能提升效果。

在光通信系统的仿真中，几种通用信号分析器用于帮助可视化整个过程中光或电信号的表现。在仿真完成后，结果会以多种图表的形式展示。“Tx Optical Spectrum”显示多路复用后的四个通道的传输光谱。数值图表表示当调整发射器带宽时，在FEC编码前后的BER估计情况。需要注意的是，如果BER在图表中的FEC阈值以下，则系统可以实现“无误码”性能。“Received Signal”显示在BER估算前接收信号的眼图。用户还可以根据需要选择特定迭代（例如50 GHz、55 GHz等）的接收信号进行查看。


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