Ein kohärentes optisches Modul bezeichnet einen in der Regel hot-plug-fähigen kohärenten optischen Transceiver, der anstelle von Amplitudenmodulation (RZ/NRZ/PAM4) kohärente Modulation (BPSK/QPSK/QAM) verwendet und typischerweise in Datenkommunikationsanwendungen mit hoher Bandbreite eingesetzt wird. Während frühere Generationen auf 100 Gbit/s basierten, liegt der Fokus aktueller Entwicklungen (Stand 2025/2026) auf Modulen mit 800 Gbit/s und 1,6 Tbit/s (1600ZR). Optische Module verfügen in der Regel über eine elektrische Schnittstelle an der Seite, die mit dem Inneren des Systems verbunden ist, und eine optische Schnittstelle an der Seite, die über ein Glasfaserkabel mit der Außenwelt verbunden ist. Die technischen Details kohärenter optischer Module waren viele Jahre lang proprietär, stehen jedoch seit kurzem im Fokus von Multi-Source-Agreement-Gruppen (MSA) und Normungsorganisationen wie dem Optical Internetworking Forum. Kohärente optische Module können entweder in eine Buchse an der Frontplatte oder in einen On-Board-Steckplatz gesteckt werden. Kohärente optische Module bilden einen kleinen Teil einer viel größeren Branche für optische Module.
Elektrische Schnittstellentypen Die elektrische Schnittstelle kohärenter optischer Module existiert in mehreren Ausführungen.
Analog Coherent Optics (ACO) Das Optical Internetworking Forum (OIF) veröffentlichte im Jahr 2016 das CFP2-ACO bzw. die CFP2 – Analog Coherent Optics Module Interoperability Agreement (IA). Diese Interoperabilitätsvereinbarung unterstützt eine Konfiguration, bei der sich der digitale Signalprozessor (DSP) auf der Hauptplatine befindet, während die analogen optischen Komponenten auf dem Modul untergebracht sind. Diese IA ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der DSP das Leistungsbudget (Power Envelope) des Moduls überschreitet. Die ACO-Schnittstelle findet in kohärenten Optikanwendungen Verwendung, bei denen die Verbindung dem System eine flexible Bandbreite zur Verfügung stellt, beispielsweise in Kombination mit FlexE. Die ursprüngliche ACO-IA bezieht sich auf das CFP2-Modul. Zu den typischerweise verwendeten optischen Modulationsverfahren gehören Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying (DP-QPSK) und Quadrature Amplitude Modulation (16-QAM).
Digital Coherent Optics (DCO) Bei einem digitalen kohärenten optischen Modul (DCO) ist der DSP direkt auf dem Modul integriert, wobei eine herkömmliche digitale Schnittstelle mit Re-Timing verwendet wird. Diese Module können dieselben optischen Modulationstechniken nutzen wie ACO-Schnittstellen.
Optische Modulations- und Multiplexverfahren In kohärenten optischen Modulen kommen vielfältige Formen der optischen Modulation und des Multiplexings zum Einsatz.
NRZ- und PAM-4-Modulation Einige kohärente optische Module können bei Bedarf auf ältere, einfachere Modulationstechniken wie On-Off-Keying (NRZ) und/oder Pulsamplitudenmodulation mit 4 Stufen (PAM-4) zurückgreifen. Dies wird beispielsweise eingesetzt, wenn festgestellt wird, dass das Gegenstück am anderen Ende der Verbindung keine kohärente Modulation unterstützt.
Kohärente Modulation Zu den angewendeten Verfahren gehören Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying (DP-QPSK) und 16-QAM.
Abstimmbare optische Frequenz (Tunability) In Kombination mit kohärenter Modulation werden teils abstimmbare Laser (Tunable Lasers) eingesetzt. Dies ermöglicht dem Modul die Unterstützung verschiedener Formen netzwerkbasierter optischer Vermittlung, wie sie in optischen Mesh-Netzwerken oder in rekonfigurierbaren optischen Add-Drop-Multiplexern (ROADM) benötigt werden. Dabei kann der Sendelaser auf eine andere optische Frequenz bzw. Wellenlänge eingestellt werden. Gleichermaßen ist der Empfänger in der Lage, unterschiedliche optische Frequenzen zu empfangen.
Lambda-Multiplexing Innerhalb einiger kohärenter optischer Module werden verschiedene optische Wellenlängen – oft auch als Lambdas bezeichnet – mittels Wellenlängenmultiplexverfahren (WDM) zusammengeführt. Zu den Varianten gehören Coarse WDM (CWDM) und Dense WDM (DWDM).
Modulinterne Komponenten Kohärente optische Module enthalten eine Reihe interner Komponenten, von denen einige im Fokus von Normungsorganisationen stehen.
Modulinterner Gearbox (Datenratenanpassung) In vielen Fällen entspricht die Symbolrate (Baudrate) der kohärenten optischen Schnittstelle nicht der Symbolrate der elektrischen Schnittstelle. In diesen Fällen kann innerhalb des Moduls eine sogenannte „Gearbox“ (Getriebe) zur Konvertierung zwischen den Raten eingesetzt werden. Da kohärente Module in der Regel über digitale Signalprozessoren (DSP) verfügen, werden diese Gearbox-Funktionen manchmal direkt in der Firmware implementiert.
Modulinterne Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) Insbesondere im Markt für Module mit hoher Reichweite (Long-Reach) ist eine modulinterne Vorwärtsfehlerkorrektur (Forward Error Correction, FEC) integriert. Diese existiert sowohl in proprietären als auch in standardbasierten Formen. Kohärente optische Module nutzen teilweise FEC-Algorithmen mit Soft-Decision-Dekodierung.
Interoperabilitätsvereinbarungen für modulinterne optische Transceiver Das OIF hat Interoperabilitätsvereinbarungen (IAs) geschaffen, um die herstellerübergreifende Zusammenarbeit für eine Reihe von modulinternen Komponenten zu ermöglichen, wobei der Schwerpunkt auf der kohärenten Übertragung liegt. Dazu gehören:
Integrierte Quadratur-Modulatoren mit hoher Bandbreite und Polarisationsmultiplex (High Bandwidth Integrated Polarization Multiplexed Quadrature Modulators) Integrierte Sender mit Quadratur-Modulation und Polarisationsmultiplex (Integrated Polarization Multiplexed Quadrature Modulated Transmitters) Integrierte dual-polarisierte kohärente Mikro-Intradyne-Empfänger (Integrated Dual Polarization Micro-Intradyne Coherent Receivers)
Interoperabilitätsvereinbarungen für modulinterne abstimmbare Laser Das OIF hat zudem Interoperabilitätsvereinbarungen entwickelt, um die herstellerübergreifende Kompatibilität für abstimmbare Laser (Tunable Lasers) sicherzustellen, die in optischen Modulen eingesetzt werden. Dazu zählen:
Integrable Tunable Laser Assembly Multi Source Agreement (ITLA MSA) Micro Integrable Tunable Laser Assembly Implementation Agreement (µITLA IA)
Frontplatten-Module (MSAs) Mehrere Multi-Source-Agreements (MSAs) befassen sich mit kohärenten optischen Modulen für die Frontplatte.
QSFP-Familie (Frontplatten-Module)
QSFP – Quad SFP QSFP28 – Schnittstelle mit 4×28 Gbit/s QSFP-DD – Double Density QSFP (doppelte Dichte) MicroQSFP OSFP transceiver (Octal Small Form-factor Pluggable)
CFP-Familie (Frontplatten-Module) Der C Form-factor Pluggable (CFP) ist ein herstellerübergreifendes Multi-Source-Agreement (MSA) für eine gemeinsame Bauform zur Übertragung von digitalen Hochgeschwindigkeitssignalen.
CFP2 CFP4 CFP8
On-Board-Module (MSAs) Einige steckbare Module werden direkt auf der Leiterplatte (On-Board) montiert, anstatt in die Frontplatte eines Geräts gesteckt zu werden.
CFP-Familie (On-Board-Module)
MSA 5″×7″ (Gen 1) MSA 4″×5″ (Gen 2)
Anwender von kohärenten optischen Modulen Traditionell waren Optische Transportnetze (OTN) die Hauptanwender kohärenter Modulation. Inzwischen sind jedoch Cloud-Rechenzentren zu einem bedeutenden Abnehmer kohärenter optischer Module geworden. Dies gilt insbesondere für den Bereich der Ethernet-Konnektivität bei Reichweiten von über 10 km, wo die Vorteile der kohärenten Modulation die höheren Kosten gegenüberwiegen.
Deutschland: Netzbetreiber wie die Deutsche Telekom nutzen kohärente Module für das Weitverkehrsnetz (Backbone). Internetknoten wie der DE-CIX in Frankfurt nutzen diese Technik zur effizienten Rechenzentrumskopplung (DCI), um Terabit-Kapazitäten zwischen Standorten zu realisieren. Österreich: Die A1 Telekom Austria setzt kohärente 400G- und 800G-Technologie ein, um den steigenden Datenverkehr im nationalen Backbone und in Richtung der CEE-Länder (Mittel- und Osteuropa) zu bewältigen. Auch der VIX (Vienna Internet eXchange) ist ein zentraler Punkt für den Einsatz dieser Hochgeschwindigkeitsmodule. Schweiz: Die Swisscom sowie der Energie- und Infrastrukturdienstleister Gas&Com nutzen kohärente Optik, um die topographisch anspruchsvollen Strecken durch die Alpen mit hoher Kapazität zu überbrücken. Zudem ist der Großraum Zürich ein Hub für Hyperscale-Rechenzentren (z. B. Google Cloud), die massiv auf kohärente DCI-Lösungen setzen.
Fachmessen der Optikmodul-Branche mini|OFC Logo blue July 2014 Die wichtigste Fachmesse für die Branche der kohärenten optischen Module ist die Optical Fiber Conference (OFC), die jährlich in Südkalifornien stattfindet. Weitere bedeutende Messen der Branche sind die ECOC in Europa und die FOE in Japan.
Weblinks
CFP Committee website OIF Implementation Agreements Einzelnachweise
Kategorie:Ethernet Kategorie:Nachrichtentechnik Kategorie:Hardware Kategorie:Schnittstelle