Sieci optyczne xWDM

perspektywy ewolucji z

punktu widzenia operatora

Marcin Bajtek

Warszawa, 01 marca 2013

2

Agenda

część 1

dlaczego xWDM (technika zwielokrotnienia falowego we włóknie światłowodowym (DWDM),

obecne rozwiązania dominujące w domenie optycznej stosowane w sieciach telekomunikacyjnych (podstawowa nomenklatura: CWDM, DWDM, MDWDM, LHDWDM, Transponder, OA, MUX etc.),

możliwości oraz ograniczenia techniki DWDM w rzeczywistych światłowodowych torach transmisyjnych oraz zapoznanie ze sposobami modernizacji istniejących torów światłowodowych przy pomocy techniki DWDM w celu zwielokrotnienia ich przepływności,

kluczowe parametry sieci optycznych szanse/ograniczeń (OSNR, PMD, CMD).

część 2

obecne trendy rozwojowe sieci optycznych:

Optyka kompatybilna (IPoDWDM 40G/100G, Alien Wavelenght), NewLOOk

(passive solution), sygnały 10G/40G/100G, sieci ROADM (WB, PLC, WSS, WXC,

OTN).

sieci „LEGACY” (SDH, ATM) – czy jest to problem ?

3

część 1

4

Warstwa optyczna

Warstwa optyczna (kable światłowodowe,

urządzenia optyczne)

SDH

MUX

ETH

SDH

MUX

ETH

5

Zwiększenie przepływności

6

Zwiększenie przepływności

DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing),

CWDM (Coarse Wavelenght Division Multiplexing)

technika multipleksacji wielu sygnałów cyfrowych w jednym łączu światłowodowym z

przydzieleniem każdemu sygnałowi innej długości fali świetlnej, innego kanału.

7

ITU-T G.694.1

l

1529.55

(196 000)

1530.33

(195 900)

1531.12

(195 800)

1531.90

(195 700)

1533.47

(195 500)

1534.25

(195 400)

1535.04

(195 300)

1535.82

(195 200)

1537.40

(195 000)

1538.19

(194 900)

1538.98

(194 800)

1539.77

(194 700)

1541.35

(194 500)

1542.14

(194 400)

1542.94

(194 300)

1543.73

(194 200)

1546.92

(193 800)

1547.72

(193 700)

1548.51

(193 600)

1549.32

(193 500)

1550.92

(193 300)

1551.72

(193 200)

1552.52

(193 100)

1553.33

(193 000)

1554.94

(192 800)

1555.75

(192 700)

1556.55

(192 600)

1557.36

(192 500)

1558.98

(192 300)

1559.79

(192 200)

1560.61

(192 100)

1561.42

(192 000)

60

Wavelength [nm]

( Frequency [GHz] )

ITU Channel 59 58 57 55 54 53 52 50 49 48 47 45 44 43 42 38 37 36 35 33 32 31 30 28 27 26 25 23 22 21 20

80

01

8

G.709 opisuje siedem sposobów

mapowania ramek (10GBASE-

R/W, STM-N) do OPU

Przepływność dla ramki 10GE

LAN-PHY encapsulowanej w OTU-

2e(Opcja A) liczona jest jako

255/237 * 10.000 * 66/64, co daje

11 095 728 kbit/s.

FEC korekcja błędów oparta na

standardzie G.975

Enhanced-FEC >1500 km

10GE LANPHY

ITU-T G.709 (OTN)

G.975.1 Appendix I.7

km of Reach (in a typical WDM system)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Number of spans

No FEC

FEC

E-FEC

40G POS

9

Systemy xWDM

CWDM

Metro Span

DWDM

LH_DWDM

ROADM

192 8 32 80

Enterprise

Metro access

Metro core

Regional

National

Pan-continental

10

System xWDM

11

„Optical Transponder”

Jednostki transpondera optycznego są „zazwyczaj”

wymagane do wprowadzenia sygnałów optycznych do

systemu DWDM/CWDM. Zapewniają konwersję

standardowego sygnału optycznego STM-n/ATM/Eth lub

innego na sygnał o wymaganej dla danego kanału

DWDM długości fali.

.

Opis modułów systemu: Transponder

12

Opis modułów systemu: OMU, ODU

OMU (Optical Multiplexer Unit)

• Jednostka OMU służy do łączenia

dyskretnych długości fali otrzymanych z

OTU w jeden sygnał zbiorczy.

ODU (Optical Demultiplexer Unit)

• Jednostka demultipleksera optycznego

ODU wydziela indywidualne długości fal z

sygnału zbiorczego utworzonego przez

OMU.

13

Opis modułów systemu: Wzmacniacz optyczny

Wzmacniacz optyczny „Optical Amplifier” pracuje w

zakresie 1530 - 1563 nm i zapewnia (C –BAND, L-Band

OA:1574 nm -1605 nm):

• jednolite wzmocnienie dla wszystkich kanałów

• wydzielenie sygnałów sterujących i kontrolnych

• włączenie w tor sygnałowy modułów kompensacji

dyspersji chromatycznej

• umożliwiające monitorowanie liniowego sygnału

wyjściowego

14

Opis modułów systemu: Optyczny monitor,

Supervisory

Pakiet „Optical Monitor” mierzy widmo optyczne w kontekście szczytowej mocy wyjściowej

każdego obecnego kanału. Informacja ta jest następnie wykorzystywana do sterowania

zmiennym tłumikiem linii, zlokalizowanym we wzmacniaczu optycznym OA.

W ten sposób można modyfikować całkowite wzmocnienie, co daje efekt nachylenia

kształtu charakterystyki wzmocnienia.

Dzięki możliwości nachylenia charakterystyki wzmocnienia w odpowiednim kierunku (za

pomocą sterowników programowych) możemy kompensować np.:

• wahania tłumienia przęsła i parametrów transmisyjnych światłowodu

• starzenie się elementów

Pakiet nadzoru „Supervisory” jest to pakiet transmisji małej szybkości, która umożliwia

komunikację między elementami sieci systemu.

15

OA

OA

MU

X

DM

UX

3 R

3 R

3 R

3 R

3 R

3 R

DWDM Equipment

Interface

Interface

Monitoring w systemach xWDM

OLS 1.6T

spectrum analyser

device

16

Optyczny „monitoring”

Time domain methods / tylko dla OEO - transpondery /:

• Bit Error Ratio (BER),

Errored Second Ratio (ESR)

Severely Errored Second Ratio (SESR)

Frequency (or wavelength) domain methods / dla urzadzeń DWDM

wyposażonych w „optyczny analizator widma” /:

Channel power ;

Total power ;

Optical Signal-to-Noise Ratio (OSNR) when no significant noise

shaping is present;

Channel wavelength;

Q-factor.

17

Automatic Power Equalization

OA

OA

MU

X

DM

UX

Transponder Tx

Transponder Tx

Transponder Tx

Transponder Rx

Transponder Rx

Transponder Rx

System xWDM

OA

OA

MU

X

DM

UX

System xWDM

spectrum analyser

device Regulowany

tłumik

VS

18

Widok przykładowego urządzenia DWDM

19

Podstawy teoretyczne

obiekt B

OSNR w/g definicji, określa stosunek mocy sygnału użytecznego do mocy sygnału szumu.

ASE

S

P

POSNR dBdBorOSNR 2218

20

Edge

Technologia IPoDWDM (wprowadzenie)

3G Mobile Access

PSTN

SDH/SONET

Ethernet/WDM

Core Transport

Business Access

Corporate

Enterprise

IP Transport

IP Transport

Access

Network

21

Technologia IPoDWDM (wprowadzenie)

MUX/

DMUX

OTU

OTU

OTU

OA

OTU

OTU

POWER

MONITOR

Klasyczny system xWDM

22

OA

OA

MU

X

DM

UX

Transponder Tx

Transponder Tx

Transponder Tx

Transponder Rx

Transponder Rx

Transponder Rx

Urządzenie xWDM

Interfej LINIOWY

Interfejs LINIOWY

IN

TE

RFE

JS

Y K

lien

ckie

Obiekt XYZ

SDH EQUIPMENT

Technologia IPoDWDM (wprowadzenie)

DWDM XXX

Urządzenie „zewnętrzne”

23

Technologia IPoDWDM (wprowadzenie)

OA

OA

MU

X

DM

UX

Transponder Tx

Transponder Rx

Transponder Tx

Transponder Rx

Transponder Rx

Transponder Rx

Urządzenie xWDM

B&W

ITU-T: G 694.1

DWDM freguency grid specificed

„New” Recommendation G 698.1 and G698.2

Definicja λ –

interface

• B-PON broadband passive optical network

ITU-T G.983 series • G-PON Gigabit capable passive optical network ITU-T G.984 • GE-PON Gigabit Ethernet passive optical network IEEE 802.3 1000BASE-PX series • SDH Synchronous Digital Hierarchy ITU-T G.707

•OTN Optical Transport Network ITU-T G.709

50 GHz Filter 10G Finisar

10G OTU100

Optyka kompatybilna- doświadczenia

Orange

2006-01-01 2010-05-01

2007-01-01 2008-01-01 2009-01-01 2010-01-01

2006-07-01

Idea pomysłu

2007-07-07

Spotkanie z TP R&D,

zaproszenie do testów

2007-07-11

Zgłoszenie do konkursu

2009-03-01

Komercyjne wdrożenie w sieci produkcyjnej; platforma Metro WDM

2007-07-10

ITU-T G.698.2

2010-03-01

Testy przestrajalnych wkładek XFP

Negocjacje w TP

Badania, dokumentacja

2009-03-16

TSC Meeting - zgoda na zastosowanie rozwiązania w sieci TP

2009-02-10

Komercyjne wdrożenie w sieci produkcyjnej; sieć szkieletowa(LH)

2009-01-14

Umowa zakupowa z dostawcą modułów

2010-01-27

Cisco Networkers

– prezentacja rozwiązania

2008-03-16

I nagroda w kategorii innowacji technicznych w wewnętrznym konkursie Orange

2010-12-01

Pierwsze testy 40Gbps w grupie FT

2009-03-26

Konferencja NFOEC case study Menara Network

25

część 2

26

Intensity

modulation

Binary

Chirp-free

NRZ – OOKK

RZ-OOK

CNRZ-OOK

CRZ-OOK

Multi-level

Chirped

M-ASK

Pseudo

Multi-level

CS-RZ, VSB-CSRZ, APRZ

Correlative

coding

PSBT, ODB

RZ-AMI

Schematy modulacji_10G

27

(Differential)

Phase

modulation

Binary

NRZ RZ

NRZ – DPSK

p-NRZ-DPSK

Apol-NRZ-DPSK

RZ-DPSK

p-RZ-DPSK

Apol-RZ-DPSK

Multi-level

NRZ RZ

NRZ – DQPSK

PDM-(NRZ)QPSK

PDM-(NRZ)QPSK

(+coherent Rx)

RZ – DQPSK

CRZ-DQPSK

CSRZ-DQPSK

PDM-(RZ)QPSK

PDM-(RZ)QPSK

(+coherent Rx)

Schematy modulacji_40G/100G

28

Modulation schemes

10G

NRZ OOK

Spectrum

analizer

40G

DPSK +

Spectrum

analizer

29

50 GHz Filter 10G Moduł optyczny XFP

10G Transponder

Schematy modulacji - porównanie

40G

30

ALU ROADM

1830PSS

40/100G IPoDWDM Testy w Orange (Field Trial)

ALU (ex Lucent Tech.)

OLS 800G/1.6T

31

Testy IPoDWDM – tradycyjny system DWDM

■ Długość odcinka: 660 km

■ Typ światłowodu: SMF-28

■ Ilość „Span” #: 9

■ Długość „Span”: od 10 do 100 km

■ „optical channel grid”: 100 GHz

■ Realizacja w systemie

wykorzystującym standardowe

typy sygnałów 10G (od 28 do 35)

■ Dyspersja chromatyczna:

kompensowana

■ Moc optyczna: per kanał: 3-3,5

dBm

32

Testy IPoDWDM – tradycyjny system DWDM

33

■ Do testów wybrano drogę optyczną o najgorszych parametrach

(tłumienność, CD)

■ Stopa błędów sygnału 100G (IPoDWDM) obserwacja > 25 godzin (pre

FEC BER): 2.3E-3

■ Połączenie działało „nie zakłócając” istniejących serwisów 2.5G/10G

(sieć produkcyjna)

■ Nie stosowano „band guard” (100 GHz)

■ Podczas planowania zastosowano standardowe zasady techniczne

określone w dokumentacji technicznej urządzenia

■ Praca stabilna, w pobliżu dolnej granicy wydajności FEC

Testy IPoDWDM – tradycyjny system DWDM

Podsumowanie:

34

Testy IPoDWDM – sieć ROADM

35

Testy IPoDWDM – ROADM

■ Długość odcinka: 1045,5 km

■ Ilość „Span” # 15

■ Długość „Span”: od 7 do 115 km

■ „optical channel grid”: 50 GHz

■ Realizacja w systemie

wykorzystującym typy sygnałów

40G, 100G (coherent)

■ Dyspersja chromatyczna: nie

kompensowano

LEGEND:

- ROADM node-1830PSS

- OMS in ROADM network

WROCŁAW/SA1

BYDGOSZCZ/SA1

3D

3D

4D

xD – n degrees ROADM

3D

3D

4D

POZNAŃ/SC3

POZNAŃ/SC1

ŁÓDZ/SC1

KATOWICE/SA2

WARSZAWA/SA1

WROCŁAW/SA3

2D

2D

-ILA

100Gb/s LINK

101,5km

60km

60km 62,5km

100,5km

97km

54km

7km

84,5km

115km

0,5km

90km

91km

83km

39km

KATOWICE/P01

CRS3, M6

WARSZAWA/UK9

CRS3, M6

36

CRS-3 100G PLIM

M6 Chassis 100GE TXP

CFP-CXP

ROADM NETWORK

1830PSS SWAC

WARSZAWA

CRS-3

OTU4 100GE

Docelowo: jedna karta wg zapowiedzi Cisco (CRS3 z interfejsem OTN4)

CRS-3 100G PLIM

M6 Chassis 100GE TXP

1830PSS SWAC

KATOWICE

OTU4 100GE

Testy IPoDWDM – Topologia

37

LEGEND:WROCŁAW/SA1

BYDGOSZCZ/SA1

POZNAŃ/SC3

POZNAŃ/SC1

KATOWICE/SA2

WARSZAWA/SA1

WROCŁAW/SA3

KATOWICE/P01

CRS3, M6

WARSZAWA/UK9

CRS3, M6

9215

9270

9565

95709565

9570

9310

9565

9570

9275

9310

9565

9570

100G PM-DQPSK

100G PDM-QPSK/DP-QPSK

40G PDM-BSK/PDPSK

Testy IPoDWDM – Topologia

38

* 50 GHz odstęp między kanałowy pomiędzy dwoma 100G kanałami

Testy IPoDWDM – Wyniki

100G IPoDWDM praca bez błędów

>48 h

Stopa błędów:

Warszawa -8,25E-5

Katowice -1,20E-6

DP-QPSK ALU 100G

-16,14dBm

20dB

50GHz

analizator: MTS 800, Resolution: -0 GHz, High sensivity: No, Noise acquisition BW: 0,10nm

100G DP-QPSK – modulacja/spektrum optyczne

40

DP-DQPSK Cisco 100G

-16,14dBm

20dB

50GHz

analizator: MTS 800, Resolution: -0 GHz, High sensivity: No, Noise acquisition BW: 0,10nm

„różnica”

100G DP-DQPSK – modulacja/spektrum optyczne

41

■ Realizacja testów w środowisku sygnałów 40G/100G koherent.

■ Stopa błędów sygnału 100G (IPoDWDM) pre FEC BER: 8.25E-5

(margin -10E-5)

■ Obydwa rozwiązania ALU i Cisco posiadają zbliżone parametry oraz

działają stabilnie

■ Kodowanie różnicowe stosowane przez Cisco zwiększa odporność

przeciwko zrazy fazowych laserowych - nieco lepsze wyniki

■ Ze względu na zastosowanie modulacji DP-DQPSK przez Cisco widmo

sygnału jest szersze - może to spowodować problemy z przesłuchami w

bloku Add/Drop urządzenia ROADM - może to wymagać dodatkowych

statycznych filtrów lub stosowania „guard band”

Testy IPoDWDM – ROADM

Podsumowanie:

dziękuje