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Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas”Campinas, 18 de outubro de 2007
Sistemas com Taxas de 40 Gb/s
Mônica de Lacerda RochaEscola de Engenharia de São CarlosDepartamento de Engenharia ElétricaUniversidade de São [email protected]
Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/[email protected] – Outubro / 2007
Sumário
Introdução Pesquisa
Classificação dos Formatos de Modulação Tecnologias de Modulação Rede Óptica com Formatos de Modulação
Avançados Mercado
Testes de Campo Operação Comercial
Lab 40Gb/s (CPqD) & LAPTOP (USP) Conclusão
Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/[email protected] – Outubro / 2007
Sumário
Introdução Pesquisa
Classificação dos Formatos de Modulação Tecnologias de Modulação Rede Óptica com Formatos de Modulação
Avançados Mercado
Testes de Campo Operação Comercial
Lab 40Gb/s (CPqD) & LAPTOP (USP) Conclusão
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Introdução
Comparação entre as várias soluções tecnológicas
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Introdução
Sistemas de Comunicações Ópticas Solução ideal para redes, com fio, de alta
capacidade Mas... por que aumentar o alcance dos
sistemas e a capacidade de transporte WDM agregado? Aumento crescente do volume de serviços de
dados e da demanda por banda Porém... este aumento deve ser atendido
comcom redução do custo por bit transmitidoredução do custo por bit transmitido
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Introdução
Redução de custo em sistemas WDM 1. Compartilhamento de componentes ópticos
entre muitos (ou todos) canais Exemplos: fibra óptica, amplificadores ópticos,
compensadores de dispersão... A operação destes componentes em janelas espectrais
limitadas justifica a aproximação entre os canais, com a taxa líquida de informação por canal sendo definida como eficiência espectral do sistema (b/s/Hz) (SE: spectral efficiency), também conhecida como densidade espectral de informação.
Ex.: Para um sistema com 40 Gb/s (ou 42,7 Gb/s, para acomodar 7% de overhead para FEC) por canal WDM (100 GHz de espaçamento no grid ITU) SE = 0,4 b/s/HzSE = 0,4 b/s/Hz
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Introdução
Redução de custo em sistemas WDM 2. Aumento da taxa de bits por canal
Maturidade da tecnologia optoeletrônica com volume de produção razoável
Fator “4” no aumento da taxa pode corresponder a um fator “2,5” no aumento do custo do transponder
4 x B pode resultar numa economia de 40 % no custo do transponder
Motivação para desenvolvimento da tecnologia de 40 Gb/s
Em combinação com novas tecnologias para filtros estreitos (grid de 50 GHz ITU), já foram demonstrados sistemas WDM com SE = 0,8 b/s/Hz
Sistemas de 40 Gb/s são disponíveis comercialmente desde 2002
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Introdução
Redução de custo em sistemas WDM 3. Expansão das funcionalidades de
rede no domínio óptico: redes roteadas opticamente (reconfiguráveis)
(Reconfigurable) Optical Add-Drop Multiplexer – (R)OADM
Optical Cross Connect (OXC)
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Introdução
Tecnologias essenciais à promoção de alto SE em redes de transporte, de alta capacidade, opticamente roteadas Componentes ópticos de baixo custoComponentes ópticos de baixo custo
Incluindo fibra transmissora, dispositivos para compensação de dispersão e elementos para chaveamento/roteamento óptico, minimizam a necessidade de amplificação óptica e reduzem o ruído de amplificação associado
Amplificadores ópticos de baixo ruídoAmplificadores ópticos de baixo ruído (ex. Raman distribuído) Reduzem o ruído acumulado e o ruído de
amplificação associado Fibras ópticas avançadasFibras ópticas avançadas
Reduzem distorções por não-linearidades e permitem o lançamento de sinais mais potentes
FEC (FEC (Forward Error CorrectionForward Error Correction)) Permite operação com alta taxa de erro (BER, bit error ratio), o que
minimiza as exigências de alta relação sinal ruído (OSNR) no receptor
Formatos de Modulação AvançadosFormatos de Modulação Avançados Usados para aumentar a resistência do sinal a efeitos de ruído,
características de propagação da fibra e filtragem em cascata.
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Introdução
Maioria dos sistemas ópticos em operação Transponders projetados para operação em
multigigabit/segundo/canal Eletrônica (RF) e optoeletrônica de banda
larga (de poucos kHz a dezenas de GHz) Modulação binária da intensidade da luz, na
transmissão, e foto-detecção quadrática, na recepção
Demodulação coerente, técnicas de equalização eletrônica, FEC, ... são pouco usados
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Introdução
Transponders dos sistemas ópticos mais modernos (a partir de 2000) Eletrônica e optoeletrônica de alta velocidade
Processamento eletrônico do sinal FEC, sempre, em 10 Gb/s e em 40 Gb/s MLSE (Maximum-Likelihood Sequence-Stimator) Pré-distorção controlada do sinal, em 10 Gb/s Detecção coerente
Informação da fase óptica Formatos Avançados: além da modulação de
intensidade e fase “OOK” (on-off key) Modulação de fase multinível Modulação de resposta parcial, etc.
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Sumário
Introdução Pesquisa
Classificação dos Formatos de Modulação Tecnologias de Modulação Rede Óptica com Formatos de Modulação
Avançados Mercado
Trials Operação Comercial
Conclusão
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Classificação dos Formatos de Modulação
Atributos e Critérios Quantidade física usada para
representar o dado binário transmitido Intensidade, fase e polarização
Característica de modulação auxiliar usada para melhorar as propriedades de transmissão
Ex.: modulação pulsada e chirp
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Classificação dos Formatos de Modulação
Atributos físicos do campo óptico numa fibra monomodo Intensidade Fase (incluindo freqüência) Polarização
Complexidade: codificação do tipo Pol-SK (polarization shift keying) é pouco explorada
Mas... o grau de liberdade de polarização pode ser usado para melhorar as propriedades de propagação e/ou para melhorar a eficiência espectral
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Pseudo-Multi-nível
Classificação dos Formatos de Modulação
Modulação de Intensidade
Binária Multinível Codificação correlativa
Sem Memória Com Memória
Sem chirp Com chirpOOK
M-ASK
NRZ RZ
VSB/SSB
NRZ RZ
C-NRZ, DST
CRZ, ACRZ
CSRZ, VSB-CSRZ
Formatos APResposta Parcial
‘PSBT’‘PASS’‘CAPS’
AMI‘DCS’
DB
Ref. [1]
ACRZ: Alternate-chirp return-to-zero AMI: Alternate-mark inversion AP: Alternate-phase CAPS: Combined amplitude phase shift C-NRZ: Chirped nonreturn-to-zero CRZ: Chirped return-to-zero CSRZ: Carrier-supressed return-to-zero DB: Duobinary
DCS: Duobinary carrier suppressed DST: Dispersion-supported transmission M-ASK: Multilevel amplitude shift keying NRZ: Nonreturn to zeroOOK: on/off keying PASS: Phased amplitude shift keying PSBT: Phase-shaped binary transmission SSB: Single side band VSB: Vestigial side band
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Classificação dos Formatos de Modulação
Modulação de Fase (Diferencial)
Binária MultinívelSem Memória
NRZ RZ
DPSK
NRZ RZ
DQPSK
DPSK: Differential phase shift keying
DQPSK: Differential quadrature phase shift keying
Ref. [1]
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Modulação de Intensidade
Freqüência Freqüência Freqüência Freqüência
Freqüência Freqüência Freqüência Freqüência
Freqüência Freqüência Freqüência Freqüência
Esp
ectr
o Ó
ptic
oE
spec
tro
Ópt
ico
Esp
ectr
o Ó
ptic
o
Esp
ectr
o Ó
ptic
oE
spec
tro
Ópt
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Esp
ectr
o Ó
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o
Esp
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o Ó
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Ópt
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Esp
ectr
o Ó
ptic
o
Esp
ectr
o Ó
ptic
oE
spec
tro
Ópt
ico
Esp
ectr
o Ó
ptic
o
Mini-Curso 7 – Formatos de Modulação para Sistemas de Transmissão Óptica [email protected] – Agosto / 2006
Ref. [1]
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Modulação de Fase Diferencial
Freqüência Freqüência Freqüência Freqüência
Freqüência Freqüência Freqüência Freqüência
Freqüência Freqüência Freqüência Freqüência
Esp
ectr
o Ó
ptic
oE
spec
tro
Ópt
ico
Esp
ectr
o Ó
ptic
o
Esp
ectr
o Ó
ptic
oE
spec
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Ópt
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Esp
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Esp
ectr
o Ó
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tro
Ópt
ico
Esp
ectr
o Ó
ptic
o
Esp
ectr
o Ó
ptic
oE
spec
tro
Ópt
ico
Esp
ectr
o Ó
ptic
oMini-Curso 7 – Formatos de Modulação para Sistemas de Transmissão Óptica
[email protected] – Agosto / 2006
Ref. [1]
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Classificação dos Formatos de Modulação
Tamanho do Alfabeto de Símbolos Sinalização multi-nível: mais de dois símbolos no
alfabeto de símbolos Sinalização multi-nível sem memória
Permite que log2(M) bits sejam codificados em M símbolos, e então transmitidos a uma taxa reduzida de símbolos (R/log2(M), onde R é a taxa de bits
Modulação sem memória: o símbolo associado independe do símbolo enviado antes ou depois.
Demonstrações de M-ASK ainda não comprovaram suas vantagens
Alta penalidade da sensibilidade do receptor (back-to-back) em comparação a OOK
DQPSQ: promissor
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Classificação dos Formatos de Modulação
Sinalização multinível com memória Todos os símbolos são transmitidos à taxa de bits
O grau de liberdade ganho por se usar um alfabeto de símbolos aumentado é explorado para formatar o espectro e melhorar a tolerância a problemas de propagação introduzindo-se memória no esquema de modulação (também conhecido como código de linha)
Formato de Modulação de Dados Pseudo-Multinível Mais de 2 símbolos são usados para representar um
único bit, e se a associação do símbolo redundante a bits transmitidos independe dos dados
CSRZ (Carrier-supressed return-to-zero): formato pseudo-multinível mais fácil de ser gerado
A informação é codificada nos níveis de intensidade {0,1}, mas a fase muda de a cada bit, independente da informação
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Classificação dos Formatos de Modulação
Formato de Modulação de Dados com Codificação Correlativa
A associação de símbolos depende da informação transmitida
Resposta Parcial: mais importante sub-categoria DB (Duobinário) Óptico: o formato de resposta
parcial mais importante CSRZ: informação é codificada pelos níveis de
intensidade {0,1}, mas as mudanças na fase ocorrem apenas para bits 1 (um) separados por um número ímpar de bits 0 (zero). Esta correlação entre mudanças de fase auxiliares e codificação da informação é característica de formatos de resposta parcial.
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Modulação Pulsada (RZ x NRZ) RZ: a informação é impressa na intensidade, fase ou polarização
de pulsos ópticos A intensidade do pulso “retorna a zero” dentro de cada slot de bit
NRZ: permite intensidade óptica constante por vários bits consecutivos
E R R R R R r R R R R
Classificação dos Formatos de Modulação
Ref. [1]
Non return-to-zero (NRZ) Return-to-zero (RZ)
Inte
nsi
dad
e
Inte
nsi
dad
e
Inte
nsi
dad
e
Inte
nsi
dad
e
Modula
ção d
e
Inte
nsi
dade
Modula
ção
de F
ase
1 1 0 1 1 1 0 1
NRZ-OOK RZ-OOK
NRZ-DPSK
1 1 0 1 1 1 0 1
RZ-DPSK
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Sumário
Introdução Pesquisa
Classificação dos Formatos de Modulação Tecnologias de Modulação Rede Óptica com Formatos de Modulação
Avançados Mercado
Testes de Campo Operação Comercial
Lab 40Gb/s (CPqD) & LAPTOP (USP) Conclusão
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Tecnologias de Modulação
Modulação Indireta ou Externa EAM
Mudança da quantidade de luz absorvida com aplicação de campo elétrico
MZM Mudança do
comprimentodo caminho óptico com a aplicação de campo elétrico
Perda por inserçãofinita (6 – 7 dB) 1550 1551 1552 1553 1554 1555
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
Modulador on Modulador off
Potê
nci
a (
dB
m)
Comprimento de onda (nm)
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Tecnologias de Modulação
EAM: princípio da absorção Zero bias Sinal RF de
baixa voltagem Baixo chirp
(residual, negativo)
Alta velocidadede operação
Menor dependência com a polarização Integração com laser DFB
Ref.: http://www.nd.edu/~gsnider/EE698A/Rajkumar_opt_mod.pdf
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Tecnologias de Modulação
MZM: princípio da interferência Bias > zero Sinal elétrico (RF) de mais alta voltagem Baixo (ou zero) chirp Alta velocidade de operação Dependência com a polarização Fácil integração O O O O O O
Entrada Saída
Fibra PMF
Bias RF
Impedância
Strip LinesGuias ópticos, difundidos em cristal
(em geral de LiNbO3 )
Fibra SMF
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Tecnologias de Modulação
Funções de Transmissão EAM versus MZM
Ref. [1]
~2V
0
-10
-20
Voltagem de RF (Driving) Diferença de Voltagem (V)
Transmissão de Potência [dB] Transmissão de Potência [%]
VV100
0
in outV1 (t)
V2 (t)
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Tecnologias de Modulação
Diferentes formas de aplicar o sinal RF no MZM resultam em diferentes formatos de modulação
MODULADOR
ONDA CONTÍNUADE LUZ
DADO ELÉTRICO LUZ MODULADA
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Sumário
Introdução Pesquisa
Classificação dos Formatos de Modulação Tecnologias de Modulação Rede Óptica com Formatos de Modulação
Avançados Mercado
Testes de Campo Operação Comercial
Lab 40Gb/s (CPqD) & LAPTOP (USP) Conclusão
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Rede Óptica com Formatos de Modulação Avançados
Classificação dos Sistemas WDM
Sistema Distância [km]
Acesso
Metro
Regional
Longo-alcance
Ultra longo-alcance
< 100
< 300
300 – 1.000
1.000 – 3.000
> 3.000
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Rede Óptica com Formatos de Modulação Avançados Como os formatos de modulação podem ajudar a
combater as limitações encontradas em redes WDM opticamente roteadas e de alta eficiência espectral? Simultaneamente, eles têm que ser
Resistentes ao ruído gerado nos amplificadores ópticos e serem tolerantes, dentro de banda de transmissão, às dispersões cromáticas e de modo de polarização
Robustos às não-linearidades da fibra e às imprecisões dos mapas de dispersão
Tolerantes às filtragens em cascata, devido às cascatas de OADM
De banda estreita para permitir a alta eficiência espectral
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Rede Óptica com Formatos de Modulação Avançados Amplificação Óptica
Concentrada Amplificador a Fibra Dopada Amplificador a Semicondutor Amplificador Paramétrico Espaçamento de 80 a 100 km: sistemas de longo
alcance terrestres Espaçamento de 40 a 60 km: sistemas submarinos
Distribuída Amplificador Raman
Independente do esquema de amplificação, e diferentemente dos amplificadores de RF, a amplificação óptica exibe ganho constante ao longo do espectro de um canal WDM, mesmo em taxas altas (≥ 40 Gb/s)
Maior impacto: geração de ruído
Laser Detector?
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Emissão Espontânea Amplificada (ASE) Se múltiplos amplificadores são concatenados
periodicamente para compensação de perdas, a ASE se acumula no sistema e é capturada pela relação sinal ruído óptica, OSNR, que vai sendo degradada a cada amplificador ao longo do caminho óptico
A OSNR é definida como a potência média do sinal dividida pela potência de ASE, medidas nas duas polarizações e com uma referência de banda óptica de 12,5 GHz (correspondente à resolução típica de 0,1nm, @1550 nm, normalmente usada nos analisadores de espectro ópticos, OSAs).
Rede Óptica com Formatos de Modulação Avançados
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Rede Óptica com Formatos de Modulação Avançados Na conversão de um sinal óptico em elétrico, S(t),
num receptor com detecção quadrática, o campo da ASE, N(t) bate como o campo do sinal óptico, E(t):
o primeiro termo (à direita) representa o sinal elétrico desejado
o segundo e o terceiro termos representam, respectivamente, os batimentos (beat-noise) ASE-ASE e sinal-ASE.
A dependência da potência do sinal, revelada no termo de batimento sinal-ASE, não é tipicamente encontrada em microondas, mas é comum em comunicações ópticas
tNtEtNtEtNtEtS *222Re2
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Em receptores de sistemas ópticos, os dois termos de batimento de ruído dominam os outros termos de ruído (ex.: ruído térmico) O desempenho de um receptor limitado
por batimento de ruído é caracterizado pela OSNR requerida (OSNRreq), que é a OSNR necessária para se obter uma específica BER.
Rede Óptica com Formatos de Modulação Avançados
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A tabela abaixo sumariza as principais características do formatos de modulação discutidos. Dados de simulação:
Taxa de transmissão de dados de 42,7 Gb/s (OSNRreq @ BER=10-3) Mux e Demux: super Gaussiana de segunda ordem, banda 3-dB de 85GHz
(grid 100GHz ITU) Eletrônica do receptor: filtro Bessel passa-baixa de quinta ordem, com
30GHz de banda Características não-ideais dos componentes (como ondulações de atraso de
grupo nos filtros, offset de freqüência) são desprezadas. O O O P P P
´ ´p
´
Formatos de Modulação
Complexidade do Tx
Complexidade do Rx
DC
Fibra transmissora
Rede Óptica com Formatos de Modulação Avançados
Ref. [1]
DGD: Differential Group DelayDC: Dispersão Cromática
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Rede Óptica com Formatos de Modulação Avançados
Tipos de Distorções Não Lineares
Intra-canal
Sinal-Sinal Sinal-Ruído
SPM
SPM: pulso
isolado
IXPM IFWM
Ruído de fase não linear
Amplificação Paramétrica
MISPM induzido
Ruído de fase não linear
Inter-canal
Sinal-Sinal Sinal-Ruído
Não Linearidades
WDM
XPM FWM
Ruído de fase não linear
XPM induzido
Ruído de fase não linear
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Rede Óptica com Formatos de Modulação Avançados
Impacto em sistemas WDM
Taxa de bit por canal (Gb/s) 2,5 10 40 160D
ispers
ão d
a fi
bra
(p
s/(n
m.k
m)
20
15
10
5
0
NZ
DF
STD
SM
F
0,025 0,1 0,4Eficiência espectral (bit/s/Hz)
Formato de Modulação OOK
NRZRZ
XPM SPM IXPM IFWM
FWM
Ref. [1]
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Sumário
Introdução Pesquisa
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Transmissão transoceânica
Infinera Demonstrates Transoceanic 40G Services Over Record 8,477 km - Lab Demo Shows Infinera 40G Solution's Robustness to 65 ps of PMD
SUNNYVALE, CA, Sept. 17, 2007 – Infinera (Nasdaq: INFN) has demonstrated the transmission of 40 Gigabit/second (Gb/s) services over a distance of 8,477 kilometers across a transoceanic network spanning Europe and the US, a record distance for a field trial involving 40 Gb/s services. Infinera believes that this demonstration shows how key Infinera technical innovations can enable service providers to offer new high bandwidth services such as 40 Gb/s or OC-768/STM-256 Packet over SONET (POS) services today, and 100 Gigabit Ethernet (100GbE) in the future, over existing infrastructures with less cost and greater flexibility than the 40 Gb/s solutions offered by traditional WDM providers.
In a separate demonstration at Infinera labs, Infinera demonstrated the successful transmission of 40 Gb/s services over 2,000 kilometers of fiber with extremely high levels of polarization mode dispersion (PMD), to illustrate the viability of Infinera’s 40 Gb/s solution for real-world networks with fibers suffering from high PMD.
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Infinera
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Austrália
27 de maio de 2007: First live 40Gb/s optical transmission trial completed
Ericsson and Telstra have successfully completed the world's first live network trial for next-generation 40Gb/s optical transmission technology in Australia.
http://pcworld.about.com/od/broadband/First-live-40Gbps-optical-tran.htm
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Ericsson - Marconi
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Korea
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Japão
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Coreoptics
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Mintera - 2007
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Coreoptics
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Sumário
Introdução Pesquisa
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Avançados Mercado
Testes de Campo Operação Comercial
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Projeto KyaTera 03/08323-1 CPqD 40 Gb/s Lab
Projeto KyaTera 06/04588-9LAPTOP
LAPTOP: Laboratory of Advanced Photonic Technology for OPtical communication – EESC-USP
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OPTINET Optical
Networking Laboratory
UNICAMPCampinas
Helio Waldman
Transmission Media
Laboratory
PUCCampinas
Marcelo Abbade
MRO Multilaboratory
of Optical Networks
MicrowavesGroup
USP SP
Kleber C. Pinto
Photonics Laboratory
MackenzieSão Paulo
Eunézio de Souza
DYNAMIC DISPERSION COMPENSATION
1st Phase
DISPERSIONCOMPENSATING
GRATINGS
Dr. Mônica L. Rocha(CPqD)
Synergywith Dr. Sergio
Zilio’s (USP SC) group
ELECTRONIC DISPERSION
COMPENSATION
Dr. Miriam R. X. Barros (CPqD)
Fabio D. Simões (CPqD)
Dr. Amilcar C. Cesar(USP SC)
PHYSICAL LAYERPRINCIPAL LABORATORY
40 Gb/sLaboratory
CPqDCampinas
Mônica L. Rocha
LAPCOM Advanced
Laboratory in Cellular and
Optical Communications
UNICAMPCampinas
Evandro Conforti
Optical Communication
Laboratory
UNICAMP Campinas
Hugo Fragnito
Photonic Technology Laboratory
UNICAMPCampinas
Edson Moschim
LARCOM Communications
Network Laboratory
UNICAMPCampinas
Leonardo Mendes
Synergy with GIGA Project
WebLab for Characterizing
Pulse Propagation in a
Real Optical Testbed
USP-SC
Sergio Zilio
Dr. Carlos Ruggiero Dr. Adilson Gonzalga Dr. Amilcar Careli César Dr. Angelo Colombini Dr. Alberto Tannus Dr. André de Angelis Dr. André Muezerie Dr. Ben-Hur V. Borges Dr. Célio Estevan Moron Dr. Edson dos S. Moreira Dr. Gonzalo Travieso Dr. Guilherme M. Sipahi Dr. Hélio C. Guardia Dr. Jan F. W. Slaets Dr. Luciano da Fontoura Costa Dr. Luis Carlos Trevelin Dr. Mateus José Martins Dr. Murilo Araujo Romero Dr. Patricia Magna
LIGHTWAYS São Carlos
Testbed Consortium
USP SC
Carlos Ruggiero
Intermedia
USPICMC SC
Telecom. and Optoelectronics
Lab
USPEESC
GSDR
UFSCARDC
Cybernetic Vision
USPIFSC
Computer Networks and Architecture
USPIFSC
PHYSICAL LAYER
ASSOCIATED LABORATORIES
Computer Vision
USP EESC
Applied Parallel
Processing
USPIFSC
Magnetic
Resonance
USPIFSC
Computational Physics
USPIFSC
Antes da Transição
Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/[email protected] – Outubro / 2007
Synergy with Dr. Tereza Carvalho’s (USP SP), Dr. Carlos Ruggiero’s (USPSC), and Dr. Helio Waldman’s (UNICAMP)
groups
Partnership with Dr. Yunnes Messadeq
(UNESP Araraquara) and Dr. John Canning (Sydney
University - Australia) RAMAN AMPLIFICATIONSynergy with Dr. Hugo
Fragnito’s (UNICAMP) group Synergy with GIGA
Project
HIGH SPEED OPTICAL ACCESS
Dr. Ben-H. Viana Borges(USP SC)
OPTICAL CODE DIVISION MULTIPLE
ACCESS
W(R)PON WAVELENGTH
(ROUTING) PASSIVE OPTICAL NETWORK
OPTICAL PACKET & BURST
SWITCHING
Synergy with GIGA Project
Synergy with Dr. Miriam R.X. Barros’
(CPqD Campinas), Dr. Edson Moschim’s
(UNICAMP), and Dr. Marcelo Abbade’s
(PUC Campinas) groups
OPTINET Optical
Networking Laboratory
UNICAMPCampinas
Helio Waldman
Transmission Media
Laboratory
PUCCampinas
Marcelo Abbade
MRO Multilaboratory
of Optical Networks
MicrowavesGroup
USP SP
Kleber C. Pinto
Photonics Laboratory
MackenzieSão Paulo
Eunézio de Souza
DYNAMIC DISPERSION COMPENSATION
1st Phase continuity
DISPERSIONCOMPENSATING
GRATINGS
Dr. Mônica L. Rocha(USP SC)
Synergywith Dr. Sergio
Zilio’s (USP SC) group
ELECTRONIC DISPERSION
COMPENSATION
Dr. Miriam R. X. Barros (CPqD)
Fabio D. Simões (CPqD)
Dr. Amilcar C. Cesar(USP SC)
DISPERSIONCOMPENSATION
WITH PARAMETRIC AMPLIFICATION
AND WAVELENGTH CONVERSION
Dr. Monica L. Rocha(USP SC)
Dr. Hugo Fragnito (UNICAMP)
Dr. Marcelo Abbade(PUCC)
PHYSICAL LAYERPRINCIPAL LABORATORIES
LAPTOP Laboratory of
Advanced Photonic
Technology for OPtical
communication
USP SC
Mônica L. Rocha
MRO Multilaboratory of
Optical Networks
USP SP
Tereza Carvalho
PHYSICAL LAYER
ASSOCIATED LABORATORIES
WebLab for Characterizing
Pulse Propagation in a
Real Optical Testbed
USP-SC
Sergio Zilio
40 Gb/sLaboratory
CPqDCampinas
Claudio Floridia
LAPCOM Advanced
Laboratory in Cellular and
Optical Communications
UNICAMPCampinas
Evandro Conforti
Optical Communication
Laboratory
UNICAMP Campinas
Hugo Fragnito
Photonic Technology Laboratory
UNICAMPCampinas
Edson MoschimFelipe Rudge
LARCOM Communications
Network Laboratory
UNICAMPCampinas
Leonardo Mendes
Synergywith Dr. Ben-H.V.
Borges’s (USP SC) and Dr. Leonardo
Mendes’ (UNICAMP)
groups
OPTICAL FIBER AMPLIFIER WITH
AUTOMATIC GAIN CONTROL
Dr. Claudio Floridia(CPqD)
Julio C. F. de Oliveira(CPqD)
Dr. Aldario Bordonalli(UNICAMP)
REAL TIME NETWORK MONITORING
Dr. Miriam R.X. Barros(CPqD)
Dr. Claudio Floridia(CPqD)
Eduardo Mobilon (CPqD)
Ronaldo F. Silva (CPqD)
Dr. Amauri Lopes(UNICAMP)
Dr. Evandro Conforti(UNICAMP)
SYSTEM SIMULATION TOOL
Dr. Mario Tosi Furtado(CPqD)
Sandro M. Rossi(CPqD)
Dr. Edson Moschim(UNICAMP)
ADVANCED MODULATIONFORMATS
Dr. Mônica L. Rocha(USP SC)
Dr. Amilcar C. Cesar(USP SC)
Synergy with Dr. Eunézio Silva’s (Mackenzie SP) and
Dr. Marcelo Abbade’s (PUC Campinas) groups
PHOTONIC CRYSTAL FIBER
Dr. Murilo A. Romero(USP SC)
PHYSICAL ATRIBUTE GROUP 1: INTENSITY
PHYSICAL ATRIBUTE GROUP 2: PHASE
DISPERSION COMPENSATION
Synergywith Dr. Kleber C. Pinto’s (USP SP) and Dr. Evandro
Conforti’s (UNICAMP) groups
40 Gb/s RECEIVER
Dr. Mônica L. Rocha(USP SC)
Dr. Murilo A. Romero
(USP SC)Valentino Corso
(CPqD)
Synergy with GIGA Project
Synergy with GIGA Project
Synergy with GIGA Project
* LIGHTWAYS São Carlos
Testbed Consortium
USP SC
Carlos Ruggiero
Computer Networks and Architecture (USP IFSC)
Computational Physics (USP IFSC)
Cybernetic Vision (USP IFSC)
Applied Parallel Processing (USP IFSC)
Magnetic Resonance (USP IFSC)
Intermedia (USP ICMC)
Telecom. and Optoelectronics Lab (USP EESC)
Computer Vision (USP EESC)
GSDR (UFSCar DC)
LIGHTWAYS * São Carlos
Testbed Consortium
USP SC
Carlos Ruggiero
NEW
+ OTHER NEWSUBMISSIONS
RENEW
Depois da Transição
Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/[email protected] – Outubro / 2007
Propostas
CPqD 40 Gb/s Lab LAPTOP
Phase II – First HalfPhase II – Second
Half1. To improve our web
page in the KyaTera site.
2. To make a collaborative field trial (IFGW-UNICAMP), in the KyaTera network, on dispersion compensation by using parametric amplification.
3. To make a collaborative field trial (PUCAMP) with a WDM beam modulated at 40 Gb/s/ch to demonstrate the operation of an Optical Amplifier AGC Module.
4. To produce, and deposit on the KyaTera site, tutorials on Electro-Absorption and Electro-Optical Modulators (at graduate level; text presentation).
1. To develop a WebLab experiment demonstrating dispersion compensation through optical switching of dispersion compensating modules.
2. To make a collaborative field trial (FEEC-UNICAMP) to demonstrate the operation of a real time eye diagram monitor.
3. To participate of collaborative experiments between Campinas, São Carlos and São Paulo.
4. To demonstrate a WebLab experiment in the TIDIA Workshop (2007).
Phase II – First Half
Phase II – Second Half
1. To create our web page in the KyaTera site.
2. To produce, and deposit on the KyaTera site, tutorials on Photonic Crystal Fiber.
3. To produce, and deposit on the KyaTera site, tutorial on Advanced Modulation Formats.
4. To produce, and deposit on the KyaTera site, tutorial on OCDMA.
1. To participate of collaborative experiments using photonic crystal fibers.
2. To participate of collaborative experiments demonstrating NRZ and RZ technologies.
3. To participate of collaborative experiment on dispersion compensation by parametric amplification.
8. To participate of the assembling of a 40 Gb/s receiver
9. To participate of collaborative experiments on pre-chirping of a 40 Gb/s EAM.
Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/[email protected] – Outubro / 2007
CONT – Salvador, 01/11/2007
O evento: http://www.imoc2007.fee.unicamp.br/cont/index.php Programa
http://www.imoc2007.fee.unicamp.br/cont/programa.php Pesquisa de opinião
http://www.imoc2007.fee.unicamp.br/cont/pesquisa.php
SÃO JOSÉ DOS CAMPOS
SÃO PAULO
RIO DE JANEIRO
PETRÓPOLISCACHOEIRA PAULISTA
NITERÓICAMPINAS
Cont
Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/[email protected] – Outubro / 2007
Sumário
Introdução Pesquisa
Classificação dos Formatos de Modulação Tecnologias de Modulação Rede Óptica com Formatos de Modulação
Avançados Mercado
Testes de Campo Operação Comercial
Lab 40Gb/s (CPqD) & LAPTOP (USP) Conclusão
Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/[email protected] – Outubro / 2007
Conclusão
40 Gb/s é uma realidade comercial As pesquisas avançam no sentido
de contornar os problemas causados por dispersão, PMD e ocupação espectral
Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/[email protected] – Outubro / 2007
Conclusão
META: Redes WDM opticamente roteadas, eficientes espectralmente Elevam a capacidade com redução do custo
por bit transportado Avanços recentemente empregados:
amplificação Raman, FEC e esquemas alternativos de modulação
Formatos de Modulação Avançados Potenciais facilitadores Dificuldades: conteúdo espectral, crosstalk,
robustez a filtragem e características de propagação
Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/[email protected] – Outubro / 2007
Conclusão
Conteúdo Espectral Formatos OOK: NRZ é o mais estreito,
seguido pelo CSRZ Formatos de Codificação de Fase: NRZ-
DPSK e 67%RZ-DPSK têm um espectro da ordem do OOK-CSRZ
Formatos de Resposta Parcial: DB é o mais estreito e o mais forte candidato
Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/[email protected] – Outubro / 2007
Conclusão
Crosstalk Técnicas como VSB em NRZ-OOK e pré-
filtragem de CSRZ permitem alta eficiência espectral com baixas penalidades por crosstalk, e ao mesmo tempo permitem o lançamento de um canal vizinho com polarização arbitrária
Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/[email protected] – Outubro / 2007
Conclusão
Robustez a Filtragem DB e NRZ-DPSK: bom desempenho pois
seu conteúdo espectral cabe na banda dos filtros ópticos
CSRZ-OOK é robusto a filtragem, mas seu conteúdo espectral é tal que canais vizinhos têm que ter polarização ortogonal para que se otimize o desempenho
VSB é um candidato promissor
Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/[email protected] – Outubro / 2007
Conclusão
Características de Propagação Um formato de modulação projetado
para alta eficiência espectral propaga-se por distâncias mais curtas do que quando (o mesmo formato) projetado para mais baixa eficiência espectral
Exceção: DB, pois apresenta o menor conteúdo espectral e se beneficia de filtragens intensas. Entretanto, o alcance sistêmico será o mesmo, tanto para alta como para baixa eficiência espectral
Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/[email protected] – Outubro / 2007
Conclusão
Cenário Metropolitano Vários formatos de modulação
avançados têm sido bastante avaliados para Metropolitan Area Networks (MANs) @ 10Gb/s, destacando-se:
LPF-DB: Low-Pass Filter Duobinary (ou PSBT: Phase-Shaped Binary Transmission)
DAF-DB: Delay and Add-Filter Duobinary DSF-DB: Subtract Filter Duobinary AMI: Alternate Mark Inversion
Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/[email protected] – Outubro / 2007
Bibliografia
[1] P.J. Winzer, R-J. Essiambre, “Advanced Optical Modulation Formats”, Proceedings of the IEEE, Vol. 94, No. 5, pp. 952-985, May 2006.
[2] A. H. Gnauck, P.J. Winzer, “Optical Phase-Shift-Keyd Transmission”, Journal of Lightwave Technology, Vol. 23, No. 1, pp. 115-130, January 2005.
[3] R.-M. Um, T. Yu. Grigoryan, C. R. Menyuk, “Dynamimcs of the Chirped Return-to-Zero Modulation Format”, Journal of Lightwave Technology, Vol. 20, No. 1, pp. 47-57, January 2002
[4]G. Bosco, A. Carena, V. Curri, R. Gaudino, P. Poggiolini, “On the Use of NRZ, RZ, and CSRZ Modulation at 40Gb/s with Narrow DWDM Channel Spacing”, Journal of Lightwave Technology, Vol. 20, No. 9, pp. 1694-1704, September 2002.
[5] I. Neokosmidis, T. Kamalakis, T. Sphicopoulos, “Nonlinearity Tolerance of Optical Modulation Formats in NOzero Dispersion Fibers”, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 17, No. 12, pp.2760-2762, December 2005.
[6] A. Hodzic, Beate Konrad, K. Petermman, “Alternative Modulation Formats in Nx40Gb/s WDM Standard Fiber RZ-Transmission Systems”, Journal of Lightwave Technology, Vol. 20, No. 4, pp.598-606, April 2002.
[7] S. Chandrasekhar, G. Raybon, “Performance of Advanced Modulation Formats in Spectrally Efficient Optical Networks, Proceedings of 2004 IEEE-LEOS Workshop on Advanced Modulation Formats, paper ThD1, pp.21-22, July 2004.
[8] A. Tzonakaki, I. Zacharopoulos, D. Parcharidou, I. Tomkos, “Performance Optimization Using Advanced Modulation Formats in WDM Metropolitan Area Networks”, Proceedings of International Conference on Transparent Optical Networks, ICTON 2004, paper Mo.D1.3, pp. 81-85, July 2004.
Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/[email protected] – Outubro / 2007
Lista de Acrônimos ACRZ Alternate-chirp return-to-zero AMI Alternate-mark inversion ASE Amplified spontaneous emission BER Bit-error ratio CD Chromatic dispersion C-NRZ Chirped nonreturn-to-zero CRZ Chirped return-to-zero CSRZ Carrier-suppressed return-to-zero DB Duobinary DCF Dispersion-compensating fiber DCS Duobinary carrier suppressed DFB Distributed feedback laser DGD Differential group delay DI Delay interferometer DM Data modulation DMF Data modulation format DML Directly modulated laser DPSK Differential phase shift keying DQPSK Differential quadrature phase shift keying DST Dispersion-supported transmission EAM Electroabsorption modulator EML Electroabsorption modulated laser EPD Electronic predistortion FEC Forward error correction FM Frequency modulation FWM Four-wave mixing GVD Group velocity dispersion IFWM Intrachannel four-wave mixing ISD Information spectral density ISI Intersymbol interference ITU International telecommunication union IXPM Intrachannel cross-phase modulation
M-ASK Multilevel amplitude shift keying MI Modulation instability MLSE Maximum-likelihood sequence estimator MPI Multipath interference MZM Mach–Zehnder modulator NL Nonlinearity NRD Net residual dispersion NRZ Nonreturn-to-zero NZDF Nonzero dispersion shifted fiber OA Optical amplifier OADM Optical add/drop multiplexer OOK On/off keying OSNR Optical signal-to-noise ratio OXC Optical crossconnect PASS Phased amplitude shift signaling PMD Polarization-mode dispersion Pol-SK Polarization shift keying PSBT Phase-shaped binary transmission PSP Principal state of polarization RDPS Residual dispersion per span RF Radiofrequency ROADM Reconfigurable OADM RX Receiver RZ Return-to-zero SE Spectral efficiency SPM Self-phase modulation SSB Single sideband SSMF Standard single-mode fiber TX Transmitter VSB Vestigial sideband WDM Wavelength division multiplexing XPM Cross-phase modulation