800Gで到達距離40kmを目指す「ER8」、MZMを採用し、400G向けDSPを2つ並列

4波長を用いて色分散を抑える

　さて、まず提案の1つ目は以下の通り。「LR4」向けには、1304.58/1306.85/1309.14/1311.43nmの4波長を使うことで、色分散をトータル31ps/nm程度に抑えられるというものだ。

この話はFFEを5タップより強化することが前提だとは思うが、それでも「強化するだけで何とかなりそう」というあたりかと思う

　これは、分類としてはLWDMに属することになるが、実際はLWDMとDWDMの中間くらいだろうか？　波長が接近しているため、WDMで利用するMUX/DeMUXがコスト面ではやや厳しいことにはなるが、CWDMを使った場合に比べれば遥かにマシ、という判断であろう。

CWDMなら1270～1330nm、LWDMは1295～1310nmであるが、今回の提案は更に波長間隔を半分に詰めたものとなる

　この3つの、DSP側から見ての判断が以下の図。LWDMの場合でも21タップ以上のFFEをDSPで構成しないといけないので、そもそも実現可能性があるかどうか分からないとし、現実問題として今回の提案が（コストは掛かるにしても）最も実現可能性が高いとしている。

CWDMはIM-DDを使う限り「論外」とあっさり切り捨てられているのは、まぁ仕方がないか

800G DSPを新規に起こすのではなく、既存の400G向けDSPを2つ並列

　次が受信感度、というか送信出力側の問題。以下の図は『200Gの光伝送は技術的に実現可能、一定の損失を前提にすれば現実的なPAM6の検討も？』で紹介した、Huaweiによる200GレーンのPAM4とPAM6の比較からの抜粋結果である。

このときの趣旨は、PAM6を利用するよりPAM4の方が実現可能性が高い、というものだった

　そこでの内容は、EMLとMZMという2種類の発光素子での比較を示したものだが、ここで送信出力を1dB引き上げることで、受信感度側のマージンを増やすという提案が行われた。

100G Lambda MSAの「400G-LR4」のスペックに合わせたオリジナルのOption #1から、送信出力を1dB引き上げることで受信側マージンを増加させるOption #2が提案の骨子

到達距離40kmとなる「ER8」への提案

　ここまでの提案は、到達距離10kmのLR4に関するものだが、これとは別に到達距離40kmとなる「ER8」についても提案が行われた。

レーンあたり200Gだと10kmでもギリギリという感じだったこともあり、40kmのERに関しては、あっさりレーンあたり100Gになったのは妥当だろう

　面白いのはDSPに関しては、新規の800G DSPを起こすのではなく、既存の（400G対応）DSPをPiggyback方式、要するに400G向けDSP×2構成にすることで、開発コストを抑えることを想定しているあたりだろうか。100G×4はもう標準化に向かって進んでいるから、これを流用することでコストを抑えたいという動機は理解できる。

　以下の図は、IEEE P802.3cu Task Forceの2019年5月のミーティングで行われたプレゼンテーション"Further study of 400G with 4*100G PAM4"からの抜粋であるが、チャープ効果（ここでも触れたように、時間経過で周波数が変化する現象）が起きると、急速に色分散のペナルティ（というか、TDECQペナルティ）が増加する点が問題としている。

このときの話はCWDMをベースに、到達距離7kmだと-42～22.5ps/nm、10kmだと-59～33ps/nmがCD Windowsになるとして、その上でChirp FactorとTDECQ penaltyの関係をまとめたもの

MZMを採用すれば40kmの距離もカバーできる

　これに関して、実際のシリコンでの結果は？　というのがOFC 2021で発表された論文"Silicon Photonics Applications for 5G and Data Centers"のデータとなる以下の図。

　その内容はタイトルにもあるように、400GのトランシーバーをSilicon Photonicsを利用して製造し、その特性を調べてみたというものだ。

この論文の筆頭筆者は、プレゼンテーション発表者であるSiFotonicsのRang Chen Yu氏

　比較の条件は、片方（Sample #1）がSilicon Photonicsを利用したMZM方式の100G ER1のトランシーバー、比較対象用のSample #2が100G Lambda MSAで規定された「100G ER1-40」のスペックに準拠した従来型トランシーバーである。

　グラフ中にあるEYE Patternは、そのSilicon Opticsを使って「400G-DR4」を実装し、PAM4変調を行った後の波形を示したものであり、きちんとEye Heightが取れていることがアピールされている。

　論文中には細かな記載がないが、上のグラフの説明には"We have also tested transmission dispersion tolerance with our internal developed silicon photonics MZ modulators PIC, as shown in Fig. 2, which show good margin vs. 100G ER1-40 specification by 100G Lambda MSA."とあり、100G Lambda MSAの100G ER1-40と比較しても、MZMを利用した場合にはマージンが多い（分散ペナルティが低い）とされ、MZMを使う限りにおいては40kmの伝達距離も十分にカバーできる、というのがグラフで意図したところだろう。

　ただ、先ほども出てきたように、ITUで定められた色分散の計算式を利用した場合、-60～-37ps/nmというと、実際には1308～1310nmということになり、ここに8波長を通すとなるとおよそ0.29nmおきとなる。

この-60～-37ps/nmという数字は、1つ上の図のグラフに出てきたものだ

　これは、DWDMの0.8nmおきを超える波長密度であり、さすがに実現可能性が低すぎる。そこでもう少し色分散のリミットを広げ、1302～1310nmの間に8波長というかたちとすることで、現実的な実装ができるとしている。

この場合、色分散は-85～37ps/nmとなり、トータル122ps/nmほどになるので、これをカバーするためにDSP側で頑張る必要性はありそうだ

「Link Budget」その有効性は？

　Link Budgetについては、100G Lambda MSAの「100G-ER1-40」をそのまま流用する、という方針が示されている。

「100G-ER1-40」のスペックはこちらで説明している

　もっとも、「100G-ER1-30/40」の場合は周波数帯として1308.09～1310.19nmを使うとされ、今回の800G LR8では1302nmあたりまでカバーする必要があるので、発光素子的にこれに対応できるのか？　というところはやや疑問だ。

　さらに、WDMのMUX/DEMUXは1.2nmごとの波長を扱う必要があるため、かなり高価になりそうだ。もともと40kmという長い距離に対応する製品は高価になりがちなので、それでも許容範囲と判断されたのかもしれない。

　ちなみに、このプレゼンテーションに関するStraw Poll/Motionは特に実施されていない。