Sistemas com Taxas de 40 Gb/s

Apresentação em tema: "Sistemas com Taxas de 40 Gb/s"— Transcrição da apresentação:

1 Sistemas com Taxas de 40 Gb/s
Mônica de Lacerda Rocha Escola de Engenharia de São Carlos Departamento de Engenharia Elétrica Universidade de São Paulo Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” Campinas, 18 de outubro de 2007

2 Sumário Introdução Pesquisa Mercado Lab 40Gb/s (CPqD) & LAPTOP (USP)
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/s – Outubro / 2007

3 Sumário Introdução Pesquisa Mercado Lab 40Gb/s (CPqD) & LAPTOP (USP)
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/s – Outubro / 2007

4 Introdução Comparação entre as várias soluções tecnológicas
Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

5 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 com redução do custo por bit transmitido Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

6 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/Hz Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

7 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 Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

8 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) Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

9 Introdução Tecnologias essenciais à promoção de alto SE em redes de transporte, de alta capacidade, opticamente roteadas Componentes 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 ruído (ex. Raman distribuído) Reduzem o ruído acumulado e o ruído de amplificação associado Fibras ópticas avançadas Reduzem distorções por não-linearidades e permitem o lançamento de sinais mais potentes FEC (Forward 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 Avançados Usados para aumentar a resistência do sinal a efeitos de ruído, características de propagação da fibra e filtragem em cascata. Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

10 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 Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

11 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. Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

12 Sumário Introdução Pesquisa Mercado Conclusão
Classificação dos Formatos de Modulação Tecnologias de Modulação Rede Óptica com Formatos de Modulação Avançados Mercado Trials Operação Comercial Conclusão Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

13 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 Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

14 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 Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

15 Classificação dos Formatos de Modulação
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 Modulação de Intensidade Sem Memória Com Memória Binária Multinível Pseudo-Multi-nível Codificação correlativa M-ASK OOK CSRZ, VSB-CSRZ Formatos AP ‘PSBT’ ‘PASS’ ‘CAPS’ Sem chirp Com chirp Resposta Parcial DB NRZ RZ NRZ RZ 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 AMI ‘DCS’ VSB/SSB C-NRZ, DST CRZ, ACRZ Ref. [1] Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

16 Classificação dos Formatos de Modulação
Modulação de Fase (Diferencial) Sem Memória Binária Multinível NRZ RZ NRZ RZ DPSK DQPSK DPSK: Differential phase shift keying DQPSK: Differential quadrature phase shift keying Ref. [1] Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

17 Modulação de Intensidade
Freqüência Espectro Óptico Mini-Curso 7 – Formatos de Modulação para Sistemas de Transmissão Óptica – Agosto / 2006 Ref. [1] Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

18 Modulação de Fase Diferencial
Freqüência Espectro Óptico Mini-Curso 7 – Formatos de Modulação para Sistemas de Transmissão Óptica – Agosto / 2006 Ref. [1] Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

19 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 Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

20 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 p a cada bit, independente da informação Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

21 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 p 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. Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

22 Classificação dos Formatos de Modulação
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 Non return-to-zero (NRZ) Return-to-zero (RZ) Intensidade Modulação de Intensidade Modulação de Fase NRZ-OOK RZ-OOK NRZ-DPSK RZ-DPSK Ref. [1] Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

23 Sumário Introdução Pesquisa Mercado Lab 40Gb/s (CPqD) & LAPTOP (USP)
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/s – Outubro / 2007

24 Tecnologias de Modulação
Modulação Indireta ou Externa EAM Mudança da quantidade de luz absorvida com aplicação de campo elétrico MZM Mudança do comprimento do caminho óptico com a aplicação de campo elétrico Perda por inserção finita (6 – 7 dB) 1550 1551 1552 1553 1554 1555 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 Modulador on Modulador off Potência (dBm) Comprimento de onda (nm) Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

25 Tecnologias de Modulação
EAM: princípio da absorção Zero bias Sinal RF de baixa voltagem Baixo chirp (residual, negativo) Alta velocidade de operação Menor dependência com a polarização Integração com laser DFB Ref.: Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

26 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 Entrada Saída Fibra PMF Bias RF Impedância Strip Lines Guias ópticos, difundidos em cristal (em geral de LiNbO3 ) Fibra SMF Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

27 Tecnologias de Modulação
Funções de Transmissão EAM versus MZM ~2V -10 -20 Voltagem de RF (Driving) Diferença de Voltagem (DV) Transmissão de Potência [dB] Transmissão de Potência [%] Vp 100 in out V1 (t) V2 (t) Ref. [1] Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

28 Tecnologias de Modulação
Diferentes formas de aplicar o sinal RF no MZM resultam em diferentes formatos de modulação MODULADOR ONDA CONTÍNUA DE LUZ DADO ELÉTRICO LUZ MODULADA Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

29 Sumário Introdução Pesquisa Mercado Lab 40Gb/s (CPqD) & LAPTOP (USP)
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/s – Outubro / 2007

30 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 Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

31 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 Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

32 Rede Óptica com Formatos de Modulação Avançados
Laser Detector ? 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 Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

33 Rede Óptica com Formatos de Modulação Avançados
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 nm, normalmente usada nos analisadores de espectro ópticos, OSAs). Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

34 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 Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

35 Rede Óptica com Formatos de Modulação Avançados
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. Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

36 Rede Óptica com Formatos de Modulação Avançados
Fibra transmissora Rede Óptica com Formatos de Modulação Avançados 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 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 P ´p Formatos de Modulação Complexidade do Tx Complexidade do Rx DC DGD: Differential Group Delay DC: Dispersão Cromática Ref. [1] Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

37 Rede Óptica com Formatos de Modulação Avançados
Tipos de Distorções Não Lineares Intra-canal Inter-canal Sinal-Sinal Sinal-Ruído Sinal-Sinal Sinal-Ruído SPM Ruído de fase não linear Amplificação Paramétrica Não Linearidades WDM Ruído de fase não linear SPM: pulso isolado IXPM IFWM SPM induzido Ruído de fase não linear MI XPM FWM XPM induzido Ruído de fase não linear Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

38 Rede Óptica com Formatos de Modulação Avançados
Impacto em sistemas WDM Taxa de bit por canal (Gb/s) 2, Dispersão da fibra (ps/(nm.km) 20 15 10 5 NZDF STD SMF 0, , ,4 Eficiência espectral (bit/s/Hz) Formato de Modulação OOK NRZ RZ XPM SPM IXPM IFWM FWM Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007 Ref. [1]

39 Sumário Introdução Pesquisa Mercado Lab 40Gb/s (CPqD) & LAPTOP (USP)
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/s – Outubro / 2007

40 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. Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

41 Infinera Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

42 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. Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

43 Ericsson - Marconi Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

44 Korea Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

45 Japão Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

46 Coreoptics Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

47 Sumário Introdução Pesquisa Mercado Lab 40Gb/s (CPqD) & LAPTOP (USP)
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/s – Outubro / 2007

48 Mintera Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

49 Coreoptics Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

50 Sumário Introdução Pesquisa Mercado Lab 40Gb/s (CPqD) & LAPTOP (USP)
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/s – Outubro / 2007

51 Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas”
Projeto KyaTera 03/ CPqD 40 Gb/s Lab Projeto KyaTera 06/ LAPTOP LAPTOP: Laboratory of Advanced Photonic Technology for OPtical communication – EESC-USP Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” Campinas, 18 de outubro de 2007

52 Antes da Transição Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas”
PHYSICAL LAYER PRINCIPAL LABORATORY Optical Communication Laboratory UNICAMP Campinas Hugo Fragnito 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 WebLab for Characterizing Pulse Propagation in a Real Optical Testbed USP-SC Sergio Zilio 40 Gb/s Laboratory CPqD Campinas Mônica L. Rocha LAPCOM Advanced Laboratory in Cellular and Optical Communications UNICAMP Campinas Evandro Conforti Photonic Technology Laboratory UNICAMP Campinas Edson Moschim LARCOM Communications Network Laboratory UNICAMP Campinas Leonardo Mendes OPTINET Optical Networking Laboratory UNICAMP Campinas Helio Waldman Transmission Media Laboratory PUC Campinas Marcelo Abbade MlRO Multilaboratory of Optical Networks Microwaves Group USP SP Kleber C. Pinto Photonics Laboratory Mackenzie São Paulo Eunézio de Souza PHYSICAL LAYER ASSOCIATED LABORATORIES DYNAMIC DISPERSION COMPENSATION 1st Phase ELECTRONIC DISPERSION COMPENSATION Dr. Miriam R. X. Barros (CPqD) Fabio D. Simões (CPqD) Dr. Amilcar C. Cesar (USP SC) DISPERSION COMPENSATING GRATINGS Dr. Mônica L. Rocha (CPqD) 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 SC Telecom. and Optoelectronics Lab USP EESC Computer Vision USP EESC GSDR UFSCAR DC Synergy with Dr. Sergio Zilio’s (USP SC) group Synergy with GIGA Project Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” Campinas, 18 de outubro de 2007

53 Synergy with Dr. Tereza Carvalho’s (USP SP), Dr
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 AMPLIFICATION Synergy 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 Dr. Miriam R.X. Barros’ (CPqD Campinas), Dr. Edson Moschim’s (UNICAMP), and Dr. Marcelo Abbade’s (PUC Campinas) groups OPTINET Optical Networking Laboratory UNICAMP Campinas Helio Waldman Transmission Media Laboratory PUC Campinas Marcelo Abbade MlRO Multilaboratory of Optical Networks Microwaves Group USP SP Kleber C. Pinto Photonics Laboratory Mackenzie São Paulo Eunézio de Souza DYNAMIC DISPERSION COMPENSATION 1st Phase continuity DISPERSION COMPENSATING GRATINGS Dr. Mônica L. Rocha (USP SC) Synergy with 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) DISPERSION COMPENSATION WITH PARAMETRIC AMPLIFICATION AND WAVELENGTH CONVERSION Dr. Monica L. Rocha (USP SC) Dr. Hugo Fragnito (UNICAMP) Dr. Marcelo Abbade (PUCC) PHYSICAL LAYER PRINCIPAL LABORATORIES LAPTOP Laboratory of Advanced Photonic Technology for OPtical communication USP SC Mônica L. Rocha MlRO Multilaboratory of Optical Networks Tereza Carvalho PHYSICAL LAYER ASSOCIATED LABORATORIES WebLab for Characterizing Pulse Propagation in a Real Optical Testbed USP-SC Sergio Zilio 40 Gb/s Laboratory CPqD Campinas Claudio Floridia LAPCOM Advanced Laboratory in Cellular and Optical Communications Evandro Conforti Optical Communication Laboratory Hugo Fragnito Photonic Technology Laboratory Edson Moschim Felipe Rudge LARCOM Communications Network Laboratory Leonardo Mendes Synergy with 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 MODULATION FORMATS 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 Synergy with 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) * LIGHTWAYS São Carlos Testbed Consortium 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 NEW + OTHER NEW SUBMISSIONS RENEW Depois da Transição Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

54 Propostas CPqD 40 Gb/s Lab LAPTOP Phase II – First Half
Phase II – Second Half To improve our web page in the KyaTera site. To make a collaborative field trial (IFGW-UNICAMP), in the KyaTera network, on dispersion compensation by using parametric amplification. 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. To produce, and deposit on the KyaTera site, tutorials on Electro-Absorption and Electro-Optical Modulators (at graduate level; text presentation). To develop a WebLab experiment demonstrating dispersion compensation through optical switching of dispersion compensating modules. To make a collaborative field trial (FEEC-UNICAMP) to demonstrate the operation of a real time eye diagram monitor. To participate of collaborative experiments between Campinas, São Carlos and São Paulo. To demonstrate a WebLab experiment in the TIDIA Workshop (2007). Phase II – First Half Phase II – Second Half To create our web page in the KyaTera site. To produce, and deposit on the KyaTera site, tutorials on Photonic Crystal Fiber. To produce, and deposit on the KyaTera site, tutorial on Advanced Modulation Formats. To produce, and deposit on the KyaTera site, tutorial on OCDMA. To participate of collaborative experiments using photonic crystal fibers. To participate of collaborative experiments demonstrating NRZ and RZ technologies. 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/s – Outubro / 2007

55 CONT – Salvador, 01/11/2007 O evento: Programa Pesquisa de opinião SÃO JOSÉ DOS CAMPOS SÃO PAULO RIO DE JANEIRO PETRÓPOLIS CACHOEIRA PAULISTA NITERÓI CAMPINAS Cont Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

56 Sumário Introdução Pesquisa Mercado Lab 40Gb/s (CPqD) & LAPTOP (USP)
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/s – Outubro / 2007

57 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/s – Outubro / 2007

58 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/s – Outubro / 2007

59 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/s – Outubro / 2007

60 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/s – Outubro / 2007

61 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/s – Outubro / 2007

62 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/s – Outubro / 2007

63 Conclusão Cenário Metropolitano
Vários formatos de modulação avançados têm sido bastante avaliados para Metropolitan Area Networks 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/s – Outubro / 2007

64 Bibliografia [1] P.J. Winzer, R-J. Essiambre, “Advanced Optical Modulation Formats”, Proceedings of the IEEE, Vol. 94, No. 5, pp , May 2006. [2] A. H. Gnauck, P.J. Winzer, “Optical Phase-Shift-Keyd Transmission”, Journal of Lightwave Technology, Vol. 23, No. 1, pp , 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 , 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 , 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 , 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 , 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 , July 2004. Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007

65 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 Workshop “Futuro das Comunicações Ópticas” – Sistemas com Taxas de 40 Gb/s – Outubro / 2007