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
MUX
DEMUX
DCF
. . .
A A A A
...
...
MUX
DEMUX
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/O
0/E0/E0/E0/E
E/OE/OE/OE/O
0/E0/E0/E0/E
TransponderTransponder
?
λ
λ
λk λ
λk

5
Sistemi IM-DD
APC: Automatic Power Control
ATC: Automatic Temp. Control
Amp.
Dati
AGC
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
MUX
DEMUX
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]
OSNR[dB]
24
20
12
16
400 800 3000
NRZ
senza FEC
NRZ
con FEC
RZ
E-FEC
RAMAN
► 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 50 100 150 200
Frequenza [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: 8Max. DC: 8Max. DC: 8Max. DC: 8 ÷÷÷÷ 10 ps/nm10 ps/nm10 ps/nm10 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) ejωωωωc
t]

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)
LASER
SINTONIZZABILE
ππππ/2/2/2/2
Driver
Driver
DEMUXDEMUXDEMUXDEMUX
I(t)
Q(t)
s(t)
ππππ/4 ππππ5/4 ππππ7/4
11 00 10
110010
101
100
Modulatori di fase
Mach Zehnder

13
Multiplazione di polarizzazione
LASER
SINTONIZZABILE
ππππ/2/2/2/2
Driver
Driver
Ix(t)
Qx(t)
sx(t)
110010
101
100
ππππ/2/2/2/2
Driver
Driver
Iy(t)
Qy(t)
sy(t)
011111
011
111
PBS PBC
Segnale
PM-QPSK
Pol. X
Pol. Y
Pol. X
Pol. Y
Polarization Beam Combiner
Polarization
Beam Splitter

14
Rivelazione coerente del segnale QPSK (I)
tjtj
SS
S
eeAE ωπϕ )2/)(( +
=
2/πω jtj
LOLO eeAE LO
=
LASER
SINTONIZZABILE
Segnale QPSK
Fotocorrente IPD(t)
( ) ( )[ ]ttAAAAEEI OLSLOSLOSSLOPD ϕωω +−++∝+∝ cos2
222
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)
tjtj
SS
S
eeAE ωϕ )(
=
πω jtj
LOLO eeAE LO
=
( ) ( )[ ]ttAAAAEEI OLSLOSLOSSLOPD ϕωω +−−+∝+∝ cos2
222
2
LASER
SINTONIZZABILE
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)
LASER
SINTONIZZABILE
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
LASER
SINTONIZZABILE
Segnale
QPSK
~ 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-Polarization 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 Transport Systems”
Input Output
1
2
2 2
2
+





=
cT
LD
N
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 QPSK
for Optical Transport Systems”

27
Separazione delle polarizzazioni
Riferimento [5]: Kazuro Kikuchi, “Coherent transmission 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 transmission 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-Polarization QPSK for Optical Transport Systems”

32
Caratteristiche trasmissive a confronto
10G
RZ IMDD
40G
DQPSK
40G
Coh. 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 90
50 GHz spacing Yes Yes Yes Yes
Max number ROADM >20 15? 15? ~20
Reach
(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 Yes
Old high PMD links No No Yes Yes
Complexity X XXXX XXXXX XXXXXX

33
Limiti trasmissivi dei formati multilivello
Dal riferimento [6]
Simulazione numerica
della massima distanza
di 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 Dati
Insieme dei sistemi dedicati alle funzioni di
trasferimento 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
Splitter
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 DWDM
Nodo 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” domestiche
Architettura del
backbone IP
OPB: Optical
Packet Backbone
M I
PD
TSBS
BO
TO
GE
FI
PA
RM
NA
BA
SV
AL
BGCO
VR
VE
BZ
MO
RI
PI
AN
PG
PE
CA
TA
CZ
CT
NL
M I
PD
TSBS
BO
TO
GE
FI
PA
RM
NA
BA
SV
AL
BGCO
VR
VE
BZ
MO
RI
PI
AN
PG
PE
CA
TA
CZ
CT
NL
TO
AL
VR
VE
RM 2
RM 1
MI 1MI 2
RM 2
CT
PA
RM 1RM 1
RM 2
VR
VE
MI 1MI 2
BO
PC
RM 1
RM 2
SS
CA
SS
BA
TA
BO
PI FI
PC
RM 1
RM 2
P
E
A
N
P
G
R
M
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 ottico
Trasparente (OCh) CP CP
CP
CP
CP
CP CP
CP
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 operativi
Percorso 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 λ
basati 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
ESSIAMBREESSIAMBREESSIAMBREESSIAMBRE 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
attualiattualiattualiattuali
“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
Prossimagenerazionedireti
fotoniche

Nyquist DWDM e supercanali
► Le portanti ottiche possono essere fittamente
spaziate e trattate come supercanali
► Nel “Nyquist DWDM” la spaziatura limite è il baud rate
Optical
Frequency
PowerSpectrum
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.652
G.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
Optical
Frequency
PowerSpectrum
Baud Rate
Spectral shaping
DAC
DAC
DAC
DAC
DSP
Optical
modulator
Optical
modulator
Laser PC
ADC
ADC
ADC
ADC
DSP
LaserPS
90°
Hybrid
90°
Hybrid

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
PerPolarizationSpectralEfficiencyPerPolarizationSpectralEfficiencyPerPolarizationSpectralEfficiencyPerPolarizationSpectralEfficiency
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
SirSirSirSir
ChandrasekharaChandrasekharaChandrasekharaChandrasekhara
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
Optical
Frequency
PowerSpectrum
Variable pass bands WSS
Optical
Frequency
PowerSpectrum
Mean power spectral density
Gittata breve
Spaziatura strettaGittata media
Gittata lunga
Spaziatura 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

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