Sistemi coerenti e reti fotoniche pavia - 30 maggio 2012

GRUPPO TELECOM ITALIA

Pavia, 30 Maggio 2012

Tecnologie fotoniche e sistemi

coerenti per l'innovazione delle

reti di trasporto ottico di

Telecom Italia

Marco Schiano

Transport Innovation

Sommario

Sistemi coerenti a 40 e 100 Gbit/s

La rete fotonica Kaleidon

Evoluzione delle reti fotoniche


Tecnologie fotoniche e sistemi coerenti per l'innovazione delle reti di trasporto ottico di Telecom Italia

3

Introduzione

► I sistemi di trasmissione coerenti vengono studiati e

sperimentati da circa trent’anni, ma solo recentemente il

progresso delle tecnologie ha reso possibile lo sviluppo di

sistemi commerciali già oggi impiegati in campo

► Il principale vantaggio dei sistemi coerenti rispetto ai

sistemi IM-DD è il mantenimento dell’informazione di

fase del campo ottico a valle del fotorivelatore

► Questa caratteristica permette di applicare tecniche di

elaborazione digitale del segnale fotorivelato

aumentando la robustezza del ricevitore alla distorsione

lineare della fibra

Marco Schiano, Transport Innovation © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati



4

Struttura di un sistema DWDM

MU

XD

EM

UX

DCF

. . .A A A A . . .

. . .

MU

XD

EM

UX

A A

DCF

A. . .

A. . .

. . .

► 40÷80 canali spaziati di 100 o 50 GHz

rispettivamente

► Banda ottica tipica: 1530÷1565 nm

(banda C)

► Bit rate per canale: 10, 40 e 100 Gbit/s

E/OE/OE/OE/O0/E0/E0/E0/E

E/OE/OE/OE/O0/E0/E0/E0/E

TransponderTransponder

?λ

λλk λ

λk




5

Sistemi IM-DD

APC: Automatic Power ControlATC: Automatic Temp. Control

Amp.

DatiAGC

Bias control

Amp.

Estrazione clock

Decisione

PD

Dati

Driver

ATC

PD

LD

APC

Modulazione esterna

Mod. Est.

Intensity ModulationIntensity ModulationIntensity ModulationIntensity Modulation

Direct DetectionDirect DetectionDirect DetectionDirect Detection




6

Effetti di degrado trasmissivo

Rumore

Ottico (ASE)

Effetto Kerr

SPM, XPM, FWM Fibra

compensatrice

PMD

PDL

Guadagno

non uniforme

Dispersione

Cromatica

Diagramma ad occhio in trasmissione Diagramma ad occhio in ricezione

MU

X

DE

MU

X

A A

DCF

A. . .

A. . .

. . .




7

Gittata tipica di sistemi DWDM terrestri (IM-DD)

► Tecniche per migliorare la gittata dei sistemi

► Impiego di codici a correzione d’errore nei ricevitori

► Impiego di amplificatori ottici distribuiti ad effetto Raman

► Impiego del formato di modulazione RZ

Lunghezza [km]

OS

NR

[dB

]

24

20

12

16

400 800 3000

NRZ

senza FECNRZ

con FEC RZE-FECRAMAN

► Caratteristiche tipiche di un transponder a 10 Gbit/s IM-DD

Max. DC: ~800 ps/nm (~60 km G.652)

Max. PMD: 10 ps

Min. OSNR: 24 ÷ 11 dB (a seconda del tipo di FEC del formato NRZ/RZ)




8

Evoluzione del trasporto ottico

► Il traffico delle reti di trasporto cresce a tassi

sostenuti: 30÷60% all’anno

► Opzioni per aumentare la capacità trasmissiva:

► Aumentare il bit rate dei singoli canali

► Aumentare il numero di canali DWDM

► Sfruttare la multiplazione di polarizzazione

► Utilizzare formati di modulazione multilivello (>1

bit/simbolo)




9

-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200Frequenza [GHz]

Efficienza spettrale

► L’impiego di formati di modulazione multilivello e della multiplazione di

polarizzazione è obbligatorio per mantenere la compatibilità con la

spaziatura dei canali di 50 GHz (80 canali in banda C)

► Le prestazioni trasmissive del formato NRZ a 100 Gbit/s sono insufficienti

100 Gbit/s NRZ100 Gbit/s NRZ100 Gbit/s NRZ100 Gbit/s NRZ

100 Gbit/s QPSK100 Gbit/s QPSK100 Gbit/s QPSK100 Gbit/s QPSK

Spettri di potenza di segnali a 100 Gbit/sSpettri di potenza di segnali a 100 Gbit/sSpettri di potenza di segnali a 100 Gbit/sSpettri di potenza di segnali a 100 Gbit/s

100 Gbit/s PM100 Gbit/s PM100 Gbit/s PM100 Gbit/s PM----QPSKQPSKQPSKQPSK

Max. DC: 8 Max. DC: 8 Max. DC: 8 Max. DC: 8 ÷÷÷÷ 10 ps/nm 10 ps/nm 10 ps/nm 10 ps/nm

(~0.6(~0.6(~0.6(~0.6÷÷÷÷0.8 km G.652)0.8 km G.652)0.8 km G.652)0.8 km G.652)

Max. PMD: 1 psMax. PMD: 1 psMax. PMD: 1 psMax. PMD: 1 ps

Min. OSNR: 21 dBMin. OSNR: 21 dBMin. OSNR: 21 dBMin. OSNR: 21 dB




10

t

Formato QPSK

► Portante cosinusoidale modulata in fase

► 4 valori di fase

► 2 bit/simbolo

π/4π3/4

π7/4π5/4

1101

00 10

Re

Im

ππππ/4 ππππ5/4 ππππ7/4

11 00 10

cos(ωt + φ(t))




11

Rappresentazione dei segnali modulati

► Ogni segnale modulato in ampiezza o fase può essere rappresentato

come:

► Esprime il segnale come combinazione lineare dei segnali ortogonali

cos(ωct) e –sin(ωct)

► Le componenti (reali) sono:

► I(t) e Q(t) sono la parte reale ed immaginaria dell’INVILUPPO COMPLESSO:

s(t) = A(t) cos [ωωωωct + φφφφ(t)]= A(t) cos φφφφ(t) cos ωωωωct - A(t) sin φφφφ(t) sin ωωωωct

I(t)=A(t) cos φφφφ(t) Componente in fase

Q(t)=A(t) sin φφφφ(t) Componente in quadratura

c(t) = I(t) + jQ(t)

s(t) = Re[c(t) e jωωωωct]Marco Schiano, Transport Innovation © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati



12

Generazione del segnale QPSK

π/4π3/4

π7/4π5/4

1101

00 10

Re

Im

t

s(t)

I(t)

Q(t)

I(t) cos( ωωωωct)

-Q(t) sin( ωωωωct)

LASERSINTONIZZABILE

ππππ/2/2/2/2

Driver

Driver

DEMUXDEMUXDEMUXDEMUX

I(t)

Q(t)

s(t)ππππ/4 ππππ5/4 ππππ7/4

11 00 10110010

101

100

Modulatori di fase

Mach Zehnder




13

Multiplazione di polarizzazione

LASERSINTONIZZABILE

ππππ/2/2/2/2

Driver

Driver


Ix(t)

Qx(t)

sx(t)

110010101

100

ππππ/2/2/2/2

Driver

Driver


Iy(t)

Qy(t)

sy(t)

011111

011

111

PBS PBCSegnale

PM-QPSK

Pol. X

Pol. Y

Pol. X

Pol. Y

Polarization Beam Combiner

PolarizationBeam Splitter




14

Rivelazione coerente del segnale QPSK (I)

tjtjSS

SeeAE ωπϕ )2/)(( +=

2/πω jtjLOLO eeAE LO=

LASERSINTONIZZABILE

Segnale QPSK

Fotocorrente IPD(t)

( ) ( )[ ]ttAAAAEEI OLSLOSLOSSLOPD ϕωω +−++∝+∝ cos2222

ππππ/2/2/2/2

~ I(t)~ I(t)~ I(t)~ I(t)

Oscillatore Locale: sfasamento π/2

Segnale QPSK: accoppiamento � π/2




15

Rivelazione coerente del segnale QPSK (II)

tjtjSS

SeeAE ωϕ )(=

πω jtjLOLO eeAE LO=

( ) ( )[ ]ttAAAAEEI OLSLOSLOSSLOPD ϕωω +−−+∝+∝ cos2222

2

LASERSINTONIZZABILE

Segnale QPSK

Fotocorrente

IPD1(t)

IPD2(t)

ππππ/2/2/2/2

( ) ( )[ ]ttAAIII OLSLOSPDPDPD ϕωω +−∝−= cos421

IPD(t)=IPD1(t)-IPD2(t)

Fotodiodo 2

~ I(t)~ I(t)~ I(t)~ I(t)

Oscillatore Locale: sfasamento π/2 + acc. � π

Segnale QPSK: nessuno sfasamento




16

Rivelazione coerente del segnale QPSK (III)

LASERSINTONIZZABILE

Segnale

QPSK

~ I(t)~ I(t)~ I(t)~ I(t)

~ Q(t)~ Q(t)~ Q(t)~ Q(t)

► I due segnali di corrente sono proporzionali alle componenti

in fase e quadratura a meno della differenza delle pulsazioni

ωS ed ωLO

► I segnali I(t) e Q(t) vengono ricavati mediante elaborazione

digitale

ππππ/2/2/2/2

Ibrido 90°




17

Rivelazione coerente del segnale DP-QPSK

LASERSINTONIZZABILE

SegnaleQPSK

~ I~ I~ I~ Ixxxx(t)(t)(t)(t)

~ Q~ Q~ Q~ Qxxxx(t)(t)(t)(t)

ππππ/2/2/2/2

Ibrido 90°

~ I~ I~ I~ Iyyyy(t)(t)(t)(t)

~ Q~ Q~ Q~ Qyyyy(t)(t)(t)(t)

ππππ/2/2/2/2

Ibrido 90°PBS PBS

Pol. X

Pol. Y




18

Sistema coerente DP-QPSK a 100 Gbit/s

Trasmettitore

► ~28 GBaud/s (112 Gbit/s)

► Spaziatura 50 GHz

► Efficienza spettrale 2 (bit/s)/Hz

Ricevitore

► Front-end ottico

► ADC, DSP, decisione

► Implementazione FEC




19

Digital Signal Processing nei ricevitori coerenti

► I segnali fotorivelati vengono

campionati e convertiti in forma

digitale (2 campioni/simbolo, 5-6 bit

ADC)

► L’elaborazione digitale comprende:

► Compensazione della disp. cromatica

► Separazione delle polarizzazioni

► Compensazione della PMD

► Recupero della fase

► Elaborazione FEC

CMOS ASIC per ricevitore coerente(20 milioni di porte logiche, Nortel [1])

Convertitori ADC

DSP




20

Elaborazione digitale dei segnali

Dal riferimento [1]: “Performance of Dual-Polarizat ion QPSK for Optical Transport Systems”




21

Digital Signal Processing passo passo (I)

ADC Disp. Comp. Retiming PMD Comp. Phase Recover.

► Segnale distorto dalla dispersione cromatica e PMD

► Campionamento asincrono

► Rumore di fase

ADC output




22

Compensazione della dispersione cromatica

► Filtro FIR

► Inversione della risposta della

fibra

► N. di coefficienti proporzionale

alla dispersione massima

compensabile

T

T

T

X

X

X

X

b0

b1

b2

b3

Dal riferimento [1]:“Performance of Dual-Polarization QPSK for Optical Tr ansport Systems”

Input Output

12

22

2

+

=

cT

LDN

λ




23

Algoritmo LMS




24

Digital Signal Processing passo passo (II)


► La dispersione cromatica è rimossa (tolleranza tipica 40-50000 ps/nm, >2000

km G.652)

► Il segnale permane distorto dalla PMD, dalla mancata separazione delle

polarizzazioni e dal rumore di fase

Dispersion compensation output




25


► Corretta temporizzazione

► Il segnale permane distorto dalla PMD, dal rumore di fase e dal mancato

isolamento delle polarizzazioni

Digital Signal Processing passo passo (III)

Symbol Retiming Output




26

Compensazione della PMD

► 4 filtri FIR collegati come in figura svolgono le seguenti funzioni:

► Separazione delle polarizzazioni

► Compensazione di PMD e PDL

► Compensazione di eventuali dissimmetrie dei componenti del ricevitore

Dal riferimento [1]:“Performance of Dual-Polarization QPSKfor Optical Transport Systems”




27

Separazione delle polarizzazioni

Riferimento [5]: Kazuro Kikuchi, “Coherent transmis sion systems”




28

Digital Signal Processing passo passo (IV)


► I due stati di polarizzazione sono separati e la PMD è compensata

► Le costellazioni “ruotano” a causa della diffferenza di pulsazione ωS ωLO

PMD Comp. Output




29

Stima della fase della portante

Riferimento [5]: Kazuro Kikuchi, “Coherent transmis sion systems”




30

Digital Signal Processing passo passo (V)


► La differenza di frequenza ωS ωLO è compensata e i segnali I e Q sono

correttamente ricostruiti

Phase Recover. Output




31

Integrazione di Rx TX 100 Gbit/s su una singola scheda

Dal riferimento [1]: “Performance of Dual-Polarizatio n QPSK for Optical Transport Systems”




32

Caratteristiche trasmissive a confronto

10GRZ IMDD

40G DQPSK

40GCoh. DP-BPSK

100G Coh. DP-QPSK

OSNR [dB] 11 14 11 13

Dispersion [ps/nm] ± 800 ± 500 (TDC) ± 59000 ± 40000

DGD [ps] 30 24 90 9050 GHz spacing Yes Yes Yes YesMax number ROADM >20 15? 15? ~20Reach (5 ROADM 16 span G.652) [km]

1600 1000 1300 ~1000

Spectral efficiency (50 GHz grid) [(bit/s)/Hz]

0.2 0.8 0.8 2

Max Capacity (C-band) [Gbit/s] 800 3200 3200 8000

Compatibility 10 G NRZ - XXXX XXX XX

Uncompensated links No No Yes YesOld high PMD links No No Yes Yes

Complexity X XXXX XXXXX XXXXXX




33

Limiti trasmissivi dei formati multilivello

Dal riferimento [6]

Simulazione numericadella massima distanzadi trasmissione (fibra G.652)




34

Bibliografia sistemi coerenti

[1] K. Roberts, M. O’Sullivan, K. Wu, H. Sun, A. Awadalla, D. J. Krause, C. Laperle, “Performance

of Dual-Polarization QPSK for Optical Transport Systems”, J. Lightw. Technol., vol. 27, no.

16, August 15, 2009, pp. 3546-3559

[2] Peter J. Winzer et al., “100-Gb/s DQPSK Transmission: From Laboratory Experiments to

Field Trials”, J. Lightw. Technol., vol. 26, 2008 p.64

[3] 1.C. R. S. Fludger , T. Duthel , D. van den Borne , C. Schulien , E.-D. Schmidt , T. Wuth , J.

Geyer , E. De Man , G.-D. Khoe and H. de Waardt "Coherent equalization and POLMUX-RZ-

DQPSK for robust 100-GE transmission", J. Lightw. Technol., vol. 26, p.64 , 2008

[4] S. J. Savory, "Digital filters for coherent optical receivers", Opt. Exp., vol. 16, no.2, Jan

2008, p. 804

[5] Kazuro Kikuchi, “Coherent transmission systems”, Tutorial paper Th.2.A.1, Proceedings

ECOC 2008, Brussels 2008

[6] A. Carena et al., “Maximum Reach Versus Transmission Capacity for Terabit Superchannels

Based on 27.75-GBaud PM-QPSK, PM-8QAM, or PM-16QAM”, PHOTONICS TECHNOLOGY

LETTERS, VOL. 22, NO. 11, JUNE 1, 2010, pp. 829




35

Sommario







36

Organizzazione funzionale di una rete backbone, ASON:

Automatically Switched Optical Network

Sistema DWDM

Cross-connect

Sistema informativo dedicato a:configurazione manuale dei circuiti e delle protezioni,Performance Monitoring, gestione degli allarmi …

Sistema informativo dedicato a:configurazione automatica dei circuiti e delle protezioni,dedicate o condivise (restoration), network discovery, …

Piano di Gestione

Piano di Controllo

Piano DatiInsieme dei sistemi dedicati alle funzioni ditrasferimento dei dati: multiplazione, trasmissione,commutazione




37

Funzioni del piano di controllo

► Routing:

► Calcolo del percorso ottimale dei circuiti in rete sulla base di

criteri semplici (minima distanza) o più elaborati (Traffic

Engineering). Protocolli standard GMPLS: OSPF-TE, RFC3630 [1]

► Signaling:

► Attivazione delle cross-connessioni che consentono di realizzare i

circuiti. Protocolli standard GMPLS: RSVP-TE, RFC3209 [2]

► Discovery:

► Network inventory automatico: riconoscimento automatico di

nuovi nodi o nuove risorse inserite in rete. Protocolli standard

GMPLS: LMP, RFC4209 [3]




38

Wavelength Selective Switch

e nodi ROADM

WSS

Splitter

WSS

Splitte

r

WSS

Splitter

Linea

est

Linea

nord

Linea

sud

Schema funzionale di un WSSSchema funzionale di un WSSSchema funzionale di un WSSSchema funzionale di un WSS

Nodo ROADMNodo ROADMNodo ROADMNodo ROADM

di grado 3di grado 3di grado 3di grado 3

Marco Schiano, Transport Innovation © Telecom Italia SpA 2012, all rights reserved



Struttura di un WSS

39Marco Schiano, Transport Innovation © Telecom Italia SpA 2012, all rights reserved



Scheda di linea ROADM

40Marco Schiano, Transport Innovation © Telecom Italia SpA 2012, all rights reserved



Dal DWDM punto-punto alle reti “lambda-switched”

41

ROADM

DWDM punto-punto

(fino al ~2010)

Reti “lambda switched”

(oggi)

Nodo di reteNodo di reteNodo di reteNodo di rete

con terminazioni DWDMcon terminazioni DWDMcon terminazioni DWDMcon terminazioni DWDMNodo di reteNodo di reteNodo di reteNodo di rete

Con funzioni “lambda switching “Con funzioni “lambda switching “Con funzioni “lambda switching “Con funzioni “lambda switching “

Optical circuits

Transponders




42

Perché un nuovo Backbone fotonico?

► Per soddisfare la crescente domanda di traffico

► Delle reti domestiche (specialmente il backbone IP)

► Delle reti internazionali

► Del mercato emergente delle circuiti ottici “wholesale”

► Per ridurre i costi (investimenti e costi operativi)

► Per migliorare l’affidabilità dei servizi “pregiati”

► Per riorganizzare la rete di trasporto in una singola

piattaforma facilmente gestibile, dismettendo i

sistemi DWDM punto-punto attuali




43

Le reti “client” domesticheArchitettura del

backbone IP

OPB: Optical

Packet Backbone

M I

PD

TSBS

BO

TO

GE

FI

PA

RM

NA

BA

SV

AL

BGCO

VRVE

BZ

MORI

PI

ANPG

PE

CA

TA

CZ

CT

NL

M I

PD

TSBS

BO

TO

GE

FI

PA

RM

NA

BA

SV

AL

BGCO

VRVE

BZ

MORI

PI

ANPG

PE

CA

TA

CZ

CT

NL

TO

AL

VR

VE

RM 2RM 1

MI 1MI 2

RM 2

CT

PA

RM 1RM 1RM 2

VR

VEMI 1MI 2

BO

PC

RM 1RM 2

SS

CA

SSBA

TA

BO

PI FI

PC

RM 1RM 2

PE

AN

PG

RM 1

X

► CRS 1 Tera-routers nel core

► Interfacce POS a 10 Gbit/s per

tutti I link

► Interfacce POS a 40 Gbit/s nel

core

► Rete ASON magliata

► Cross-connect SDH e link

DWDM

► Control Plane, routing

centralizzato

► Anelli SDH a 2.5 Gbit/s

► Servizi VC4 strutturati

► Affidabilità eccellente (MS-

SPRing)




44

Trasporto Sud-Nord del traffico internazionale

MedMedMedMedNautilusNautilusNautilusNautilus

Rete PanRete PanRete PanRete Pan----Europea diEuropea diEuropea diEuropea di

Telecom Italia SparkleTelecom Italia SparkleTelecom Italia SparkleTelecom Italia Sparkle

► Il traffico proveniente dal medio e lontano

oriente è convogliato in Sicilia da sistemi

sottomarini

► Deve essere instradato a Milano dove sono

dislocati i POP della rete Pan-Europea di

Telecom Italia Sparkle




45

Opportunità offerte dalle nuove tecnologie fotoniche

Tunnel otticoTrasparente (OCh) CP CP

CP

CP

CP

CP CPCP

Ultra LongUltra LongUltra LongUltra Long----HaulHaulHaulHaul

DWDMDWDMDWDMDWDM

MultiMultiMultiMulti----degreedegreedegreedegree

ROADMROADMROADMROADM

► Minor numero di rigeneratori

► Risparmio negli investimenti

Control PlaneControl PlaneControl PlaneControl Plane

GMPLSGMPLSGMPLSGMPLS

EvolutoEvolutoEvolutoEvoluto

► “Provisioning” end-to-end

► Protezione e restoration di OCh

► Risparmio nei costi operativiPercorso di protezione

o di restoration




k a λλλλ i ode nk a λλλλ i ode n

46

Struttura del nuovo Backbone fotonico

► Diametro di rete: 2400-3100 km (working-protection)

► Massimo numero di hop: 11

► Grado nodale: 2÷5 (media 3.1)

► Tecnologia:

► 44 nodi a commutazione di λbasati su ROADM

► 71 sistemi DWDM ULH con 80 lambda

► Fibre G.655 e G.652

► Canali ottici (OCh) a 10, 40 e 100 Gbit/s




47

Risparmi energetici ed altri benefici operativi

► In confronto al trasporto su sistemi DWDM punto-punto, si

stima un risparmio energetico compreso tra 20 e 30%

► Il risparmio energetico è dovuto principalmente alla riduzione

del numero di rigeneratori, mentre il consumo dei ROADMs è

molto piccolo

► La nuova rete comporta numerosi altri benefici:

► Notevole riduzione delle parti di ricambio (minor numero di rigeneratori);

► Risparmio del ~40% nel costo di creazione dei circuiti;

► Opportunità di trasferire i circuiti delle reti “legacy” razionalizzando il

trasporto nel backbone




48

Protetto

In servizio

Fuori servizio

t

“Protection and Restoration combined”

GuastoGuasto

Protezione (<50ms)

Guasto

GuastoGuasto

Guasto

Guasto

Guasto

Restoration (secondi)

Guasto

Guasto

Circuito

Rete




49

Sommario







Reti fotoniche ad una svolta

ESSIAMBRE ESSIAMBRE ESSIAMBRE ESSIAMBRE et al.et al.et al.et al.,,,,

JLT, 2010JLT, 2010JLT, 2010JLT, 2010

Esperimenti Record recenti

Nuove tecnologie fotonicheNuove tecnologie fotonicheNuove tecnologie fotonicheNuove tecnologie fotoniche

• MIMO su fibre multimodo

• Fibre “multicore”

• Modulazione del momento

angolare orbitale dei fotoni

• …………

Tecnologie fotonicheTecnologie fotonicheTecnologie fotonicheTecnologie fotoniche

attuali attuali attuali attuali

“evolute”“evolute”“evolute”“evolute”

Medio termineMedio termineMedio termineMedio termine

Lungo termineLungo termineLungo termineLungo termine

Uso più efficiente

della banda ottica

Allargamento della

banda ottica

2012 ~2020 ~2030

50Marco Schiano, Transport Innovation © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati



Reti fotoniche ad alta efficienza e a banda ultra larga

Uso più

efficiente

della banda

ottica

► Supercanali ottici

► Transponder configurabili

► Griglia flessibile

Allargamento

della banda

ottica

► Amplificazione Raman

Tecnologie abilitantiTecnologie abilitantiTecnologie abilitantiTecnologie abilitanti

Pro

ssim

a g

en

era

zio

ne

di

reti

fo

ton

ich

e




Nyquist DWDM e supercanali

► Le portanti ottiche possono essere fittamente

spaziate e trattate come supercanali

► Nel “Nyquist DWDM” la spaziatura limite è il baud rateOptical

Frequency

Pow

er S

pect

rum

Channel spacing ∆∆∆∆f

Superchannel

BOSCO et al., JLT 2011

► La gittata dei sistemi è limitata

dall’interferenza non lineare

(FWM-like impairment model)

► Quanto più la spaziatura è stretta

tanto più elevata è l’efficienza

spettrale, tanto più breve è la

gittata

G.652G.655

Paper OTh3A.3, Poggiolini et al., "Ultra-

Long-Haul Transmission of 16x112 Gb/s

Spectrally-Engineered DAC-Generated

Nyquist-WDM PM-16QAM Channels with

1.05x(Symbol-Rate) Frequency Spacing"

100 G

50 G

150 G

200 G




Transponder configurabili

► ~32 Gsymbol/s

► Formato di modulazione

configurabile: DP-BPSK, DP-

QPSK, DP-8QAM, DP-16QAM

► “Spectral shaping” elettrico:

DSP e DAC nel trasmettitore

► Sintonizzabilità su griglia

flessibile

► Soft Decision FEC: guadagno

di codifica > 10 dB

OpticalFrequency

Pow

er S

pect

rum

Baud Rate

Spectral shaping

DAC

DAC

DAC

DAC

DS

P

Optical modulator

Optical modulator

Laser PC

ADC

ADC

ADC

ADC

DS

P

LaserPS

90°

Hyb

rid90°

Hyb

rid53Marco Schiano, Transport Innovation © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati



Amplificazione Raman

► Sistemi Raman a banda ultra larga

(100 nm) sono già stati dimostrati

► Miglioramento dell’ OSNR di 3÷6 dB

rispetto agli EDFA

► Raddoppio della gittata rispetto ai

sistemi EDFA

Per Polarization Spectral Efficiency




Puc et al., ECOC 2005

► I sistemi con amplificazione Raman si

avvicinano all’efficienza spettrale limite

di Shannon

► Costellazione e codifica ottimizzate

► Efficienza spettrale di 16 bit/s/Hz con

una gittata di 1000 km (multiplazione di

polarizzazione)

1518 nm1518 nm1518 nm1518 nm 1620 nm1620 nm1620 nm1620 nm

ESSIAMBRE et al., JLT 2010

Sir Sir Sir Sir

Chandrasekhara Chandrasekhara Chandrasekhara Chandrasekhara

RamanRamanRamanRaman

1930 Nobel Prize




ROADM a griglia flessibile

► WSS a banda variabile

► Consentono di commutare i

supercanali come aggregati

► Permettono di ottimizzare la spaziatura

delle portanti in funzione della gittata

richiesta per il supercanale

OpticalFrequency

Pow

er S

pect

rum Variable pass bands WSS

OpticalFrequency

Pow

er S

pect

rum

Mean power spectral density

Gittata breveSpaziatura strettaGittata media

Gittata lungaSpaziatura larga




Scenari evolutivi delle reti fotoniche

Today’s WSON Scenario 1 Scenario 2 Scenario 3

(SE limit)

Channel

spacing [GHz]

50 33.3 33.3 33.3

Amplification EDFA EDFA RAMAN RAMAN

Optical

Bandwidth [nm]

32 32 100 100

N. of DWDM

channels

80 120 360 360

Transponders’

bit rate [Gbit/s]

40 100 100 150 100 200 400

Transponder’s

reach [km]

3000 2000 1800 700 3600 700 <1000

Modulation

format

(dual pol.)

BPSK QPSK QPSK 8QAM QPSK 16QAM Optimized

constellation

and coding




Analisi di scalabilità di Kaleidon

EDFA

∆f=50 GHz

40/100

Gbit/s

EDFA

∆f=33 GHz

150 Gbit/s

Raman

∆f=33 GHz

100/200

Gbit/s

Raman

∆f=33 GHz

400

Gbit/s




58Marco Schiano, Transport & OPB Innovation © Telecom Italia SpA 2011, all rights reserved

Bibliografia reti di trasporto

► ITU-T G-series Recommendations – Supplement 39, www.itu.int/itu-

t/recommendations/index.aspx?ser=G

► R. S. Tucker et al., “Evolution of WDM Optical IP Networks: A Cost and

Energy Perspective”, IEEE JLT, VOL. 27, NO. 3, FEBRUARY 1, 2009

► Adel A. M. Saleh, and Jane M. Simmons, “Evolution Toward the Next-

Generation Core Optical Network”, IEEE JLT, VOL. 24, NO. 9,

SEPTEMBER 2006

► S. Gringeri et al., “Flexible Architectures for Optical Transport Nodes

and Networks”, IEEE Communications Magazine, July 2010

Sistemi coerenti e reti fotoniche pavia - 30 maggio 2012

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