Veri merkezi ağları 800 Gig ve üzeri iletim hızlarına ulaştıkça, NRZ (Non-Return-to-Zero / Sıfıra Dönüşsüz) sinyalleşmesinden PAM4'e (4 Seviyeli Darbe Genlik Modülasyonu) geçiş, fiber altyapı gereksinimlerini yeniden şekillendiriyor. Bu gelişmiş sinyalleşme teknolojilerinin günümüzdeki uygulamalarda hat ve fiber sayılarını nasıl etkilediğine ve bunun inceleme ve test süreçlerine yansımalarına bakalım.

NRZ Nedir?

Her Ethernet bağlantısının her iki ucunda sinyal gönderen ve alan ağ alıcı-vericileri bulunur. Bu alıcı-vericiler, ağ kablolaması üzerinden iletişim için gereken elektriksel veya optik sinyallere dönüştürmek amacıyla sinyalleşme yöntemlerini kullanır. Fiber optik kablo çok fazla değişmemiş olsa da — OS2 tek modlu fiber 2000 yılında, OM4 çok modlu fiber ise 2009 yılında kullanılmaya başlanmıştır — sinyalleşme yöntemleri önemli ölçüde gelişmiştir.

Dijital iletişimin ilk dönemlerinden beri kullanılan Non-return-to-zero (NRZ) sinyalleşmesi, 1980'lerde Ethernet için standart sinyalleşme yöntemi haline geldi. NRZ, her biri tek bir biti temsil eden iki sinyal seviyesi (1 ve 0) kullanan bir kodlama şemasıdır. Ardışık bitlerin değeri aynı olduğunda sinyal sabit kalır; nötr veya sıfır durumuna geri dönmez.

NRZ, daha az sinyal geçişi nedeniyle daha düşük güç tüketen, basit ve uygun maliyetli bir kodlama yöntemidir. Zaman içinde baud hızı (saniyedeki sinyal geçişi sayısı) artırılmış ve böylece Ethernet hat hızları NRZ ile 1 Gbps'den 10 Gbps'ye ve günümüzde 25 Gbps'ye ulaşmıştır.

Ancak NRZ, hat başına 25 Gbps seviyesinde pratik bir sınıra ulaşır. Daha yüksek hat hızlarına ulaşmak için gereken yüksek baud hızı, sinyali gürültüye ve üst üste binen darbelere karşı daha hassas hale getirir. NRZ, 100 Gig altındaki uygulamalarda hâlâ yaygın olarak kullanılmaktadır; ancak artan bant genişliği ihtiyacı, daha yüksek hat hızları sağlayabilecek yeni bir kodlama yöntemini gerekli kılmıştır.

PAM4 Nedir?

Yaklaşık 2015 yılında tanıtılan dört seviyeli darbe genlik modülasyonu (PAM4) teknolojisi, NRZ'nin veri hızını iki katına çıkardı. PAM4, her biri iki biti temsil eden dört sinyal seviyesi kullanır: 00, 01, 11 ve 10. Böylece aynı baud hızında PAM4, NRZ'nin 25 Gbps'lik hızına karşılık 50 Gbps Ethernet hat hızını destekleyebilir.

Ancak sinyal seviyelerinin birbirine daha yakın olması nedeniyle PAM4, yansımaların neden olduğu gürültü de dahil olmak üzere gürültüye daha duyarlıdır. Bu durum, veriyi algılamak ve iletim sırasında oluşan hataları düzeltmek için ileri hata düzeltme (FEC) kullanan daha karmaşık ve daha fazla güç tüketen alıcı-vericileri gerektirir.

NRZ kodlaması iki sinyal seviyesi kullanır ve 1 ile 0'ı temsil eder. PAM4 ise dört sinyal seviyesi kullanarak 00, 01, 11 ve 10'u temsil eder; bu da veri hızını temelde iki katına çıkarır.

PAM4 Neden NRZ'nin Yerini Alıyor: Hat Hızlarının İki Katına Çıkması

PAM4'ün sağladığı 50 Gbps hat hızı, sektör için önemli bir dönüm noktasıydı. Bu gelişme, 2018'de IEEE 802.3cd ve 2020'de IEEE 802.3cm standartlarının onaylanmasına katkı sağladı. Bu standartlar şu yapılandırmaları tanımladı:

• 50 Gig Ethernet, 1 hat üzerinden
• 100 Gig Ethernet, 2 hat üzerinden
• 200 Gig Ethernet, 4 hat üzerinden
• 400 Gig Ethernet, 8 hat üzerinden

Dijital sinyal işleme (DSP) teknolojisindeki gelişmeler, gürültü, dispersiyon ve diğer sinyal bozulmalarının düzeltilmesini mümkün kıldı. Bu gelişmeler PAM4 baud hızının iki katına çıkarılmasını ve tek bir hatta 100 Gbps hızını desteklemeyi sağladı. Bu da 2 hat üzerinden 200 Gig, 4 hat üzerinden 400 Gig ve 8 hat üzerinden 800 Gig uygulamalarının temelini oluşturdu.

PAM4'ün baud hızındaki ilerlemeler daha sonra bir kez daha iki katına çıkarak 200 Gbps hat hızına ulaştı. 2026 ortalarında yayımlanması beklenen IEEE 802.3dj, bu teknolojiden yararlanarak yalnızca 4 hat üzerinden 800 Gig ve 8 hat üzerinden 1,6 Terabit desteği sağlamayı hedefliyor. Bu, 10 Gbps NRZ tabanlı bir hat hızının 100 Gig'i desteklemek için 10 hat gerektirdiği ilk dönemlere kıyasla önemli bir gelişmedir. PAM4 baud hızını bir kez daha iki katına çıkararak 400 Gbps hat hızına ulaşma çalışmaları da sürmektedir. Sinyalleşme hat hızındaki her artış, daha az hat kullanarak daha yüksek uygulama hızlarının desteklenmesini mümkün kılar.

Sinyalleşme hat hızının artırılması, daha az hat üzerinden daha yüksek uygulama hızlarının desteklenmesini sağlar.

Sinyalleşme Hatlarının Fiber Bağlantısını Nasıl Etkilediği

Sinyalleşme hatları, dalga boylarını kullanarak verileri optik fiber üzerinden iletir. Paralel optik teknolojisi, genellikle her fiberde tek bir dalga boyu kullanarak verileri birden fazla fiber üzerinden eş zamanlı olarak aktarır. Dalga boyu bölmeli çoğullama (WDM) teknolojisi ise tek bir fiber üzerinde birden fazla dalga boyunu aynı anda kullanarak daha yüksek hızlar sağlar. Bu nedenle 4 hatlı bir 400 Gig uygulaması, paralel optik ile 8 çok modlu fiber veya WDM ile 2 tek modlu fiber üzerinden gerçekleştirilebilir.

• A· 4 hatlı 400GBASE-SR4 çok modlu paralel optik uygulaması, 100 Gbps hızında veri gönderen 4 fiber ve veri alan 4 fiber kullanır; tümü 850 nm dalga boyundadır.
• A· 4 hatlı 400GBASE-LF4 WDM tek modlu uygulaması, 1 fiber gönderim ve 1 fiber alım için kullanır; her fiber 1271 nm, 1291 nm, 1311 nm ve 1331 nm dalga boylarında dört adet 100 Gbps sinyal taşır.

Hat hızı, hat sayısı ve fiber sayısı; fiber optik uygulamalar için bağlantı yapısını belirler. Paralel optik uygulamaları MPO/MTP, MMC veya SN-MT gibi çok fiberli konnektörler gerektirir — 4 hatlı uygulamalar genellikle 8 fiberli, 8 hatlı uygulamalar ise 16 fiberli konnektör kullanır.

Buna karşılık WDM uygulamaları, bir fiber çifti üzerinde birden fazla dalga boyu kullandıkları için genellikle dupleks konnektörler kullanır.

Paralel optik ve WDM teknolojilerini birleştirerek fiber sayısını azaltmak da mümkündür. Örneğin 2020'de onaylanan 8 hatlı 400GBASE-SR4.2 çok modlu uygulaması, her fiber üzerinde iki WDM dalga boyuyla (850 nm ve 910 nm) 50 Gbps hat hızı kullanır. Bu yaklaşım, veri merkezlerinin 16 fiberli bağlantıya geçmek yerine mevcut 8 fiberli bağlantılarını kullanarak 100 Gig'den 400 Gig'e yükseltme yapmasını sağlar.

İnceleme ve Temizleme Hususları

PAM4 daha yüksek hızlar sağlarken sinyal marjını azaltır; bu nedenle fiber temizliği ve konnektör kalitesi performans açısından kritik hale gelir. Konnektörleri incelerken, konnektör tipine ve uç yüzeye uygun bir inceleme cihazı kullanmak önemlidir.

• Dupleks konnektörler LC, SC, ST ve FC olabilir. Ayrıca MDC, CS ve SN gibi çok küçük form faktörlü (VSFF) dupleks konnektörler de vardır. Bu daha yeni ve daha küçük konnektörler, ultra yüksek yoğunluklu ortamlarda yer tasarrufu sağlar.
• MPO konnektörleri geleneksel tiplerde (8 fiber, 12 fiber, 24 fiber, 16 fiber veya 32 fiber) veya yeni VSFF çok fiberli konnektörler şeklinde olabilir. Bunlar arasında US Conec'in giderek yaygınlaşan MMC'si (12, 16 ve 24 fiber versiyonları) ve Senko'nun SN-MT'si (16 fiber versiyonu) bulunur.

Ayrıca iki tip fiber uç yüzeyi vardır: ultra fiziksel temas (UPC) ve açılı fiziksel temas (APC).

• UPC uç yüzeyleri düzdür; APC uç yüzeyleri ise fiber çekirdeğindeki yansımaları azaltan 8 derecelik bir açıya sahiptir.
• Tek modlu dupleks konnektörler APC veya UPC olabilirken, çok modlu dupleks konnektörler genellikle UPC'dir. Tek ferrüllü dupleks konnektörler, çok fiberli konnektörlere göre daha iyi bir polisaj sağlar ve çok fiberli tek modlu konnektörlerde gerekli olan APC uç yüzeyi olmadan iyi yansıma performansı sunar.
• Tek modlu MPO konnektörleri APC uç yüzeyi kullanır; çok modlu MPO konnektörleri ise APC veya UPC olabilir.
• APC çok modlu MPO konnektörleri, PAM4'ün 100 ve 200 Gbps hat hızlarında yansımaya daha da duyarlı hale gelmesi nedeniyle yüksek hızlı 400 Gig ve 800 Gig uygulamalarında giderek daha yaygın hale gelmektedir.

Verimli incelemeler için Fluke Networks FI-7000 FiberInspector™ Pro, her türlü APC veya UPC dupleks konnektörü inceleyebilir ve IEC61300-3-35 temizleme kriterlerine göre otomatik PASS/FAIL sonuçları sunar. Yine Fluke Networks tarafından sunulan FI-3000 FiberInspector™ Ultra Camera ise 12, 16, 24 ve 32 fiberli MPO'lar ile VSFF MMC'ler dahil olmak üzere tek ve çok fiberli UPC ve APC konnektörler için otomatik PASS/FAIL incelemesi sağlar.

Konnektörlerin inceleme sonrasında temizlenmesi gerekiyorsa, Fluke Networks Quick Clean™ temizleyicileri VSFF dupleks MDC ve çok fiberli MMC dahil olmak üzere çok çeşitli dupleks ve çok fiberli konnektör tipleri için sunulur. Kullanıcı tekniğine bağlı geleneksel çubuk temizleyicilerin aksine, kullanımı kolay Quick Clean temizleyicileri, her seferinde tutarlı temizlik sağlayan sesli tıklama ile basit bir itme hareketi kullanır.

Fiber Bağlantıları için Sertifikasyon Testi En İyi Uygulamalardır

Fiber bağlantılarının uzunluk, kayıp bütçesi ve polarite açısından tasarım spesifikasyonlarını karşıladığından emin olmak için yapılan sertifikasyon testleri, belirli uygulama ve bağlantı tipi hakkında bilgi gerektirir.

En doğru ölçümler için sertifikasyon test cihazınızın dahili giriş konnektörü ve test referans kabloları (TRC'ler), test edilen bağlantıyla eşleşmelidir. Bu, ölçüm belirsizliğini en aza indiren 1-jumper referansının kullanılmasını sağlar. Eşleşmiyorsa, test edilen kablolamanın her iki tarafında hibrit TRC kullanılarak daha az hassas olan 3-jumper referansının kullanılması gerekebilir.

Dupleks bağlantılar için Fluke Networks CertiFiber™ Pro Optical Loss Test Set, yeni MDC VSFF konnektörleri dahil LC, SC, ST ve FC dupleks APC/UPC konnektörlerinin 1-jumper referansı ile test edilmesini sağlayan çeşitli adaptör ve TRC'lerle sunulur. Çok fiberli bağlantılar için Fluke Networks CertiFiber MAX Optical Loss Test Set; pimli ve pimsiz MPO-12, MPO-16 ve MPO-24 bağlantılarının yanı sıra 16 ve 24 fiberli MMC'leri 1-jumper referansı ile test etmek için çeşitli adaptör ve TRC'lere sahiptir. MultiFiber™ Pro MPO test cihazı da dahili MPO konnektörüne ve farklı fiber sayıları ile APC/UPC uç yüzeylerini 1-jumper referansı ile test etmeye yönelik çeşitli adaptör ve TRC'lere sahiptir.

Fluke Networks CertiFiber™ Pro Optical Loss Test Set, yeni MDC VSFF konnektörlerini destekleyen çeşitli adaptör ve TRC'lerle sunulur ve 1-jumper referansının kullanılmasını sağlar.

WDM uygulamalarını test ederken, tüm dalga boyu aralığını kapsamak için hem en kısa hem de en uzun dalga boylarında test yapmak çok önemlidir. Daha kısa dalga boyları hizalama problemlerine (kayıp olaylarına), daha uzun dalga boyları ise fiberdeki bükülme veya çatlaklardan kaynaklanan sorunlara daha duyarlıdır. Her iki dalga boyundaki kayıp değerlerinin karşılaştırılması, daha uzun dalga boyunda kayıp daha yüksekse bir bükülme veya çatlağın tespit edilmesine yardımcı olabilir.

Tek modlu WDM uygulamalarında CertiFiber Pro ile 1310 nm ve 1550 nm dalga boylarında test yapmak genellikle yeterlidir. CertiFiber Pro, bu daha yüksek dalga boylarını kullanan tek modlu pasif optik ağlarda 1490 nm ve 1625 nm dalga boylarını da test edebilir.

850 nm ile 950 nm aralığındaki çok modlu WDM uygulamalarında, CertiFiber Pro veya MultiFiber Pro ile 850 nm ve 1300 nm'de uygun encircled flux testinin yapılması kapsamlı test sağlar.