摘要：本文报道了OM5光纤分别在400G SR8和100G SWDM4传输系统中的最新实验结果。OM5光纤测试样品可以支持400米的100G SWDM4传输，500米850nm波长的400G SR8传输，以及300米908nm波长的400G SR8传输。
关键词：多模光纤；OM5；SWDM4；PAM4；100G；400G；数据中心内光互联
黄荣1，王润涵1，张方海1，张立岩1，沈世奎2，王硕2，王光全2
1长飞光纤光缆股份有限公司，武汉，430073
2中国联通网络技术研究院，北京，100048
一、 前言
多模光纤搭配垂直腔面发射激光器（VCSEL）的解决方案在短距离传输网络中一直是具有竞争力的低成本解决方案，如局域网（LAN）和数据中心（DC）内部网络布线。目前40GBASE-SR4方案已广泛应用于数据中心，并逐步向100GBASE-SR4升级。2017年发布的IEEE802.3bs标准中的400GBASE-SR16方案，规定了OM3/OM4/OM5光纤在400Gbps系统中进行单通道25Gbps的平行传输应用[1]。以上这些方案都是基于并行传输技术，随着网络速率的不断升级，就需要更多的光纤来支持增长的数据容量。单纤双向（BiDi）技术和短波波分复用（SWDM）技术都是可以减少光纤用量的可选方案。100Gbps SWDM4解决方案利用短波波分复用技术，可以支持850nm~950nm范围的4个波长通道同时在一根光纤上传输，实现100Gbps传输只需要1对光纤，相较于100GBASE-SR4方案节省了75%的光纤用量[2,3]。IEEE P802.3cm工作组正在讨论一种400GBASE-SR4.2解决方案，即利用单纤双向（BiDi）和四电平脉冲幅度调制（PAM4）技术， 850nm(844~863nm)和910nm(900~918nm)两波复用，单通道速率为50Gbps，通过8根光纤并行传输实现400Gbps[4]。今年成立的400G BiDi MSA（多源协议）发布400G-BD4.2规范，也描述了类似的基于多模光纤的400Gbps应用[5]。
本文基于不同长度的OM5光纤样品进行了400G SR8分别在850nm和908nm波长的传输实验，以及100Gbps SWDM4的传输实验，验证了OM5光纤的传输距离。
二、 400G OSFP SR8传输实验
2.1 传输实验平台
图1展示的是400G SR8（OSFP封装）传输实验平台示意图，以及850nm光模块和908nm光模块的背靠背传输眼图。该实验使用了旭创公司的两个400G OSFP SR8光模块，工作波长分别为850nm和908nm，单通道为50Gbps的PAM4信号。光模块的接收端和发射端各接一根MPO-FC跳线，单根待测光纤通过FC-FC连接头与跳线相连。通过误码仪来测试传输误码率（BER），未使用前向纠错（FEC）功能。
图1 400G OSFP SR8传输实验平台结构示意图和背靠背眼图（850nm和908nm）
2.2 传输实验结果
该OM5样品光纤在850nm和953nm波长的有效模式带宽（EMB）分别是5927 MHz•km和3279 MHz•km。表1为不同长度光纤样品在图1所示实验平台中传输30min后的BER和接收光功率。在850nm波长，经500米OM5光纤链路传输后的BER为1.2E-5，小于误码率阈值2E-4，说明该OM5光纤可支持850nm波长500米的纠错后无误码传输。在908nm波长，经300米OM5光纤链路传输后的BER为3.2E-6，说明该OM5光纤测试样品可支持908nm波长300米的纠错后无误码传输。
表1 OM5光纤测试样品分别在850nm和908nm下的400G OSFP SR8传输实验结果
2.3 应用分析
IEEE P802.3cm工作组正在讨论一种能显著减少所需多模光纤数量的400G方案（400GBASE-SR4.2[4]），该方案相比400GBASE-SR16方案，减少了75%的多模光纤用量，并可沿用已为40/100G BASE-SR4部署的大规模MPO-12终端布线基础设施，适用于数据中心交换机间的短距离连接等应用。今年7月，400G BiDi MSA成立，创始成员包括阿里巴巴、博通、思科、康宁、FIT、旭创、Inphi和住友电工8家公司，并于9月发布首个400G-BD4.2规范，该规范定义了多模光纤用于以太网的8*50 Gbps光接口应用[5]。利用两个波长，844~863nm的波长1和900~918nm的波长2，在1根光纤中双向传输，4对光纤并行实现400Gbps基于OM3的70米距离、基于OM4的100米距离和基于OM5的150米距离的传输。图2是400G-BD4.2光模块框图。该规范能兼容现有100G BiDi QSFP28解决方案。
根据上述在850nm和908nm波长处传输实验结果可看出，在400GBASE-SR4.2应用中，该OM5光纤测试样品的带宽能支持300米以上单波50Gbps的850nm和908nm两波复用的传输。
图2 400G-BD4.2光模块框图
三、 100G SWDM4传输实验
3.1 传输实验平台
图3是100G SWDM4传输实验平台结构示意图，Finisar公司的100G SWDM4光模块直接搭载在EXFO光网络测试仪上。光源信号从光模块的Tx端被注入待测光纤，光模块的接收端和发射端各接一根LC尾纤，待测光纤与其熔接，熔接损耗均小于0.03dB。在待测光纤与光模块Rx端间接入可变光衰减器（VOA），用来调节接收光功率大小，未开启EXFO光网络分析仪上前向纠错（FEC）功能。
图3 100G SWDM4传输实验平台示意图
图4 100G SWDM4传输系统光路示意图
如图4所示，100G SWDM4光模块的4个不同波长分别为850nm、880nm、910nm和940nm，NRZ调制，经复用器后在OM5光纤样品上传输。
3.2 传输实验结果
该光纤样品在850nm和953nm波长的有效模式带宽（EMB）分别是5904 MHz•km和4459 MHz•km。图5是不同长度OM5光纤分别在850nm、880nm、910nm和940nm波长随接收光功率变化的误码率曲线，黑色、红色、绿色和紫色分别是背靠背、200米、300米和400米OM5光纤传输时的BER曲线，图中红色虚线表示IEEE802.3bm-2015标准规定的BER阈值（5E-5）。
图5 不同长度的OM5光纤在100G SWDM4传输系统中的误码率曲线
表2为100G SWDM4传输系统的4个通道中，不同长度OM5光纤在BER阈值时对应的接收光功率。从图5和表2中可看出，该OM5光纤测试样品能支持至少400米的100Gbps SWDM4链路传输。
表2 OM5光纤样品100G SWDM4传输在5E-5误码率时的接收光功率
四、 结论
对OM5光纤样品分别进行了850nm和908nm 波长的400G SR8传输实验、100G SWDM4传输实验。实验结果显示，该OM5光纤测试样品可以支持在50Gbps PAM4信号下850nm波长至少500米的无误码传输，在908nm波长至少300米的无误码传输；在100G SWDM4传输系统中，OM5光纤测试样品能支持400米以上的链路传输。实验展示了OM5光纤在100Gbps和400Gbps等数据中心短距离高速互联中的应用潜力。
五、 致谢
感谢旭创科技（苏州）为本实验提供的850nm和908nm的 400G OSFP SR8光模块及传输平台，感谢Finisar公司为本实验提供的100G SWDM4光模块。
六、 参考文献
[1] “SMF PMD Nominal Specifications,” http://www.ieee802.org/3/bs/public/adhoc/smf/14_10_14/cole_01a_1014.smf.pdf, Oct. 2014.
[2] “TIA-492AAAE, Detail Specification for 50-μm Core Diameter/125-μm Cladding Diameter Class 1a Graded-Index Multimode Optical Fibers with Laser-Optimized Bandwidth Characteristics Specified for Wavelength Division Multiplexing.” Jun. 2016.
[3] R. Huang, R. Wang, W. Xiao, L. Zhang, Y. Liu, J. Li, J. Zhu, H. Wang and R. Wang, “Wideband Multimode Fiber for High Speed SWDM Systems,” the 66th IWCS Conference, 2017, pp. 773-775.
[4] “The Next-Gen 400 Gb/s PHYs over Fewer MMF Fiber Pairs than in Existing Ethernet Projects and Standards Call-For-Interest Consensus Presentation”, http://www.ieee802.org/3/cfi/1117_4/CFI_04_1117.pdf.
[5] https://www.400gbidi-msa.org/files/400G_BiDi_MSA_Technical_Specification_rev1p0.pdf
来源： 黄荣，王润涵，张方海，张立岩，沈世奎，王硕，王光全
