caracterización para redes de 40 y 100gb

Caracterización para Redes de 40G y 100G

Noviembre 2012

José Ignacio Quintero

Agenda

� 1.- Caracterización de Fibras Ópticas

� 1.1 Definición

� 1.2 Atenuación

� 1.3 Efectos Lineales

� 1.4 Efectos No Lineales

� 2.- Tipos de Hilos.� 2.- Tipos de Hilos.

� 3.- Formatos de Modulación y Técnicas de detección

4.- EJEMPLO RED METRO CANTV (Urbano)

Caracterización de Fibras Ópticas1

3TALLER Fibras Ópticas y Caracterización para redes de 40 y 100 G3 | SR Portfolio| June 20093 | Presentation Title | Month 2009

1

Definición

• Son un conjunto de medidas ópticas de extremo aextremo realizadas sobre capa física, que cualificany determinan la calidad y el potencial de una fibraóptica dada en la red.

• Aporta toda la información necesaria para definir si

Caracterización de Fibras Ópticas

4TALLER Fibras Ópticas y Caracterización para redes de 40 y 100 G

• Aporta toda la información necesaria para definir siun enlace Óptico es capaz de soportar 10Gb/s,40Gb/s ,100 Gb/s o sistemas mayores.


� La siguiente Información debe ser conocida con precisión:

� Capaciad del Sistema (Máximo # de Canales)

� Tasa de transmisión

� Tipo de Fibra


� Tipo de Fibra

� Número de Spans

� Longitud de los spans

� Atenuación de los spans

� Márgenes de envejecimiento de la fibra

� PMD y CD del los spans

Pruebas

• Pérdidas de Inserción y Perdidas de Retorno(Insertion & Return losses)

• Verificación de planta física

• Espectro de perfil de Atenuación (SAP, spectralattenuation profile.



attenuation profile.

• Dipersión Cromática (CD, Chromatic dispersion).

• Dispersión por Modo de Polarización (PMD,Polarization mode dispersion).


Parámetros Claves de la Fibra1


Parámetros Claves de la Fibra1

Vamos con la Parte Matemática

02

1

22

2

2

2 =+∂−+∂∂

AAdT

AA

i

z

Ai γβα


Dispersion map: GO

-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

0 100 200 300 400 500 600

Transmission distance [km]Resi

dual dis

pers

ion

[ps/

nm

]


Efectos Lineales2


Efectos Lineales2

Parámetros que definen a las Fibras Ópticas

• Atenuación

• Dispersión Cromática

Efectos Lineales


• Dispersión Cromática

• PMD Dispersión por modo de Polarización

Atenuación vs longitud de onda


0.22 dB/Km0.3 dB/Km

1ª ventana

Absorción producida por el ión hidroxilo, OH -

(‘Pico de agua’)

Ate

nuac

ión

(dB

/Km

)

2,5

2,0

1,5

Atenuación de la fibra óptica

3,0

Fibra multimodo

Fibra monomodo

2ª v Banda O

(Original)

3ª v Banda C (Conventional)

4ª v Banda L (Long)

Banda E

(Extended)

Banda S (Short)

Banda U (Ultra-long)


Luz visible Longitud de onda, λλλλ (nm)

Ate

nuac

ión

(dB

/Km

)

1,0

1,5

0,5

700 1000900800 1400130012001100 170016001500

Luz infrarroja

0

LáserCD-ROM

Pérdida debida a la dispersión intrínseca

dB (a

ttenu

atio

n–dB

(atte

nuat

ion–

dB (a

ttenu

atio

n–dB

(atte

nuat

ion–

OTDR A Good TracePatch Panel

Patch PanelFusion Splice

Mechanical Splice (or may be interconnect)OTDR

Access Jumper

The System


dB (a

ttenu

atio

n–dB

(atte

nuat

ion–

dB (a

ttenu

atio

n–dB

(atte

nuat

ion–

DistanceDistanceDistanceDistance

dB (a

ttenu

atio

n–dB

(atte

nuat

ion–

dB (a

ttenu

atio

n–dB

(atte

nuat

ion–

A Bad Fusion Splice

Patch Panel

Patch Panel

OTDR


dB (a

ttenu

atio

n–dB

(atte

nuat

ion–

dB (a

ttenu

atio

n–dB

(atte

nuat

ion–

DistanceDistanceDistanceDistance

≥ 0.3 dB

Medición de Atenuación


Medición del Perfil de Atenuación (AP)


Falta de Paralelismo

Desalineamiento Axial

1) Alineación

2) Descarga eléctrica para fusión.

Problemas de empalmes mecánicos. Proceso de un empalme de fusión.

Empalmes Mecánicos y de Fusión


Gap

Presencia de Impurezas

αααα = 1 dB

para fusión.

3) Secado y recubrimiento.

αααα = de 0.1 a 0.07 dB

Conectores de Fibra Optica Form factors

� ST ‘S’traight ‘T’ip connector (set & Twist)

� SC ‘S’ubscriber ‘C’onnector

� LC ‘L’ucent ‘C’onnector

� MT-RJ ‘MT’ ferrule, ‘R’egister ‘J’ack latch

� MPO/MTPTM


� The MPO connector houses an MT ferrule

� ‘M’ultiple ‘T’erminations, ‘P’ush-pull latch

Physical Contac/ super" and "ultra" polish qualities

Conectores de Fibra Optica


EspecificaciEspecificacióónn de de AplicaciAplicacióónn//DistanciaDistancia/ / AnchoAncho de Banda de Banda parapara FibraFibra

MultimodoMultimodo

1 Gbps Ethernet

Max. Distance

10 Gbps Ethernet

Max. Distance

Bandwidth

MHz�km

Fiber Type 850nm/1300nm 850nm/1300nm 850nm/1300nm

62.5µm Laser Certified 300m/600m 36m/300m 200/500


62.5µm Laser Certified 300m/600m 36m/300m 200/500

62.5µm 500m/1000m 66m/300m 200/500

50µm 750m/600m 150m/300m 950/500

50µm -10 1000m/600m 300m/300m 2000/500

50µm 10-XB 1210m/600m 600m/300m 4900/500


Dispersión Cromática2


Dispersión Cromática2

Dispersión Cromática

•Dispersión Cromática:


•Dispersión Cromática:

•Diferentes longitudes de onda viajan a diferentes velocidades

Pulso Difusión del pulso

En fibra G.652 @ 1.550 nm => 65 Km x 18 ps.nm/Km = 1.170 ps.nm

En fibra G.652 @ 1.310 nm => 65 Km x 3.5 ps.nm/Km = 227.5 ps.nm

En fibra G.655 @ 1.550 nm => 65 Km x 9 ps.nm/Km = 585 ps.nm

Cálculos de Dispersión Cromática


Tx Rx

Fibra

d= 65 Km

Determinación de la Dispersión Cromática


D (1565nm) = 17 ps/nmxKm + 0,056 ps/nm2xKm * (1565 nm -1550 nm )

D= 17,84 ps/nm x Km

L= 65 Km

D Link = L X D

D Link = 65 Km x 17,84 ps/nm x Km = 1159,6 ps/nm

0.50

0.60

0.70

Atte

nuat

ion

[dB

/km

]

20

15

10

Dis

pers

ion

[ps/

(nm

*km

)]

G.652 Fibre

G.655 Fibre

G.652, G.653 & G.655 Fibres

Fibra Óptica. Atenuación y Dispersión

25

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

Atte

nuat

ion

[dB

/km

]

0

-5

-10

-15

-20

5

Dis

pers

ion

[ps/

(nm

*km

)]

Wavelength [nm]1280 1320 1360 1400 1440 1480 1520 1560 1600 1640

DWDM WINDOW1310 nm

O-Band E-Band S-Band C-Band L-Band

G.653 Fibre

G.652.C & .DFibres

Medición de Dispersión Cromática


Efectos de la Dispersión


Compensación de Dispersión Cromatica

La Compensación es usada para reducir la dispersión acumulada

Fibre span DCM


Dis

pers

ión

Acu

mula

da

[ps/

nm

]

Compensación de Dispersión Cromática

DCM DCMDCMDCM DCMDCM DCMDCM DCM DCM DCMDCM DCMDCM80km 80km 90km 80km 80km 90km 80km 80km 90km 80km 80km 90km

Switch-Router Switch Router

1000 km


80km 80km 90km 80km 80km 90km 80km 80km 90km 80km 80km 90km

AMP

DWDM DWDM DWDM

Pre-compensasiónCompensación de Línea


Dispersión Por Modo de Polarización2


Dispersión Por Modo de Polarización2

¿Qué es el PMD ? Es la separación temporal de las componentes ortogonales de luz debido a la falta de simetría axial de la fibra.

Real

PMD


Teórico

Dispersión por Modo de Polarización PMD

Signal

Polarisation axes

∆τ


•Dispersión por modo de Polarización :• Diferentes modos de polarización viajan a diferentes velocidades

PulsePulse Spreading

PMD – baja Tasa de Tx

t

∆τ∆τ∆τ∆τ

T0T


fast axis

z, t

slow axis∆τ∆τ∆τ∆τ


PMD – Alta Tasa de Tx

t



fast axis

z, t

slow axis∆τ∆τ∆τ∆τ

t

PMD vs Distancia

Real

El PMD es un valor estadístico, no es fijo y no es el mismo para todas las longitudes de onda.

No es lineal ya que no crece con la distancia, sino con la raiz de ella.

PMD = υ x d 0 < υ < 2


Teórico

PMD = υ x d 0 < υ < 2

υ en una fibra nueva se considera igual o menor a 0.5 ps/ Km

El peor valor medido en campo es de 1.3 ps/ Km

Coeficiente de PMD para una probabibilidad 99.9954% y una

penalidad de 1 dB.

Bit rate

(Gb/s)

2.5

DGD Promedio

(ps)

Coeficinet PMD

400 km fibra (ps/km½)

40 ≤≤≤≤ 2.0

Especificaciones de PMD


2.5

10

40

100

40

10

2.5

1

≤≤≤≤ 2.0

≤≤≤≤ 0.5

≤0.125 o 25 km con 0.5 ps/km1/2)

≤ 0.05 o 4 km con 0.5 ps/km1/2)

Mediciones de PMD



Efectos No Lineales2


Efectos No Lineales2

Efectos No Lineales – Auto-modulación de Fase (SPM)

Auto-modulación de fase (SPM)

� Efecto de Canal Simple

� La Fase Óptica de una señal es modulada proporcionalmente a la potencia de

la señal misma.

� La fase óptica, es entonces convertida por dispersión cromática a distorsión

de intensidad2 dBm

39TALLER Fibras Ópticas y Caracterización para redes de 40 y 100 G39 | Technical Sales Forum | April 2010

de intensidad2 dBm

17 dBm

18 dBm

20 dBm

Distorsión de Intensidad de propagación de un canal en un enlacede 2x80 Km, con diferentes potenciade canales

Efectos No Lineales – Modulación de Fase Cruzada (XPM)

Modulación por Fase Cruzada (XPM)

� Efecto multicanal

� La Fase óptica de la señal es modulada proporcionalmente a la potencia de los

canales vecinos.

� La fase óptica, es entonces convertida por dispersión cromática a distorsión

de intensidad.Distorsión de Intensidad de


signal Ps = 2 dBmco-propagating channel Pc = 13 dBm

Distorsión de Intensidad de

propagación de un canal en un enlace

de 2x80 Km

Efectos No Lineales – Mezcla de Cuatro Ondas (FWM)

Mezcla de cuatro Ondas (FWM)

� Efecto Multicanal

� Generación de intermodulación de componentes de frecuencia f = fi + fj - fk

� Significantivo only para transmisiones sobre fibra G.653 (alrededor de valor de

dispersión cero

-10113123 223 132 231 331

f1 f2 f3

Espectro experimental registrado después de 25 Km


-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

1543 1545 1547

λ λ λ λ (nm)

Pow

er

(dBm

)

1541 1549

113123112223 132

221231 331332

Espectro experimental registrado después de 25 Km de fibra G.653 con tres canales no espaciados uniformemente

Efectos No Lineales – Modulación de Fase Cruzada (XPM)

40 Gbs PDM-QPSK

Deterioro severo inducido

λ1 4 bits/symbol(10 Gbaud)

Modulación cruzada de fase entre 40 Gbs QPSK y 10 Gbs NRZ


10 Gbs existingλ2

Severa penalidad inducida por la mezcla de longitudes de onda a 10 Gbs NRZ y Severa penalidad inducida por la mezcla de longitudes de onda a 10 Gbs NRZ y 40 Gbs QPSK 40 Gbs QPSK

1 bit/symbol

(10 Gbaud = 10 Gb/s)

10G 40G25G 100G20G

Baud rate (symbol rate)

40GDP-QPSK

40GRZ-DQPSK

40GP-DPSK

HighLow

10G Compatibilidad

Channel Allocation

DP-QPSK and RZ-DQPSK: Muy pobre compatibilidad con vecinos a 10 Gbs


10G

guard-band guard-band10G

50GHz

50GHz

Bandas de guarda necearias para evitar el deterioro inducido por 10 Gbps, especialmente en fibra G.655)

40GP-DPSK

40GP-DPSK

40GRZ-DQPSK

40GDP-QPSK

Channel Allocation

Utilización Full del espectro

TX mayores a 40 Gbps

Porque PDM-QPSK a 100 Gbs es compatible con canals instalados a 10 y 40 Gbps

40G DPSK

1 bits/symbol

(40 Gbaud = 40 Gb/s)λ1

100G PDM-QPSK λ3 4 bits/symbol

(25 Gbaud)

Negligible induced impairments


t

100G PDM100G PDM--QPSK @ 25Gbaud es compatible con tráfico existente 10G an 40GQPSK @ 25Gbaud es compatible con tráfico existente 10G an 40G

10G NRZλ2

1 bit/symbol

(10 Gbaud = 10 Gb/s)

Negligible induced impairments

Detección Coherente y Modulación por división de polarización3

Taller Fibrsa¨´opticas Y Técnicas de Cosntrucción Sunterrnáneo y submarino45 | SR Portfolio| June 200945 | Presentation Title | Month 2009

3

Tipos de Detección

Detección Diferencial

Detección Directa

4646 | Redes opticas de 40 & 100 Gbps | Marzo 2011

Detección Coherente

100G Transport

FDM DP-QPSK

FDM DP-QPSK (Frequency Division Multiplexing Dual Polarization QPSK)

� Baja Tolerancia a los efectos No Lineales

� Mayor consumo de energía, dos sub-portadoras

� Doble Complejidad

Taller Fibrsa¨´opticas Y Técnicas de Cosntrucción Sunterrnáneo y submarino

“Dual Polarization”

1 channel in a50GHz slot

λλλλ“Frequency Division Multiplexing”

14 Gbaud

100G Transport

OPFDM-RZ-DQPSK

OPFDM-RZ-DQPSK (Orthogonal-Polarized Frequency-Division-Multiplexed RZ-DQPSK) con Detección Differencial

� Receptor no coherente

� Requiere el uso de Compensadores de PMD y CD

� Buena compatibilidad 10G y 40G, pero baja eficiencia espectral.

� Dos Longitudes de Onda

� Alto consumo de Energía y compeljidad


“Frequency Division Multiplexed”


λλλλ

“Orthogonal-Polarized”

28 Gbaud

100G Transport

Coherente PDM-QPSK

PDM-QPSK (Polarization-DivisionMultiplexing DQPSK) con detección Coherente

� Receptor coherente

� NO Requiere el uso de Compensadores de PMD y CD

� Buena compatibilidad 10G y 40G, y alta eficiencia espectral.

� Solución Simplificada en DSP

� Reducción en consumo de Energía

� Excelente tolerancia a los efectos no lineales


“Polarization Multiplexed”

λλλλ

25 Gbaud


Resumen Ténicas Modulación – Espectro - Capacidad 40G

Spectralefficiency

Capacityin C-band

Pow

er

λ

50 GHz

20% 880 Gb/s(88 channels)

10G NRZNon-Return-to-Zero

Pow

er

λ

100 GHz

40% 1.76 Tb/s(44 channels)

40G DPSKDifferential

Phase-Shift Keying

50 GHz


Pow

er

λ

50 GHz


40G P-DPSKPartial

DifferentialPhase-Shift Keying

Pow

er

λ

50 GHz


40G RZ-DQPSKReturn-to-Zero

DifferentialQuadriPhase-Shift Keying

80%

Pow

er

λ

50 GHz

3.52 Tb/s(88 channels)

40G CoherentDP-QPSK

Dual-PolarizationQuadriPhase-Shift Keying

Modulación y Detección Coherente 100Gb/sPo

wer

λ

100 Gbit/s Coherent PDM-QPSKPolarization-Division Multiplexing

QuadriPhase-Shift Keying

50 GHz

Spectralefficiency

Capacityin C-band

200 % 8.8 Tb/s(88 channels)

Bit/symbol Baud rate


100G CoherentPDM-QPSK

•Modulación de fase

•+ multiplexación de polarización

Polarization-Division MultiplexingQuadriPhase-Shift Keying

4

Bit/symbol Baud rate(symbol rate)

25 Gbaud

4100 G y proceso de Estandarización

52 | Homologación 100 G | Enero 2011

4

Cuerpos de Estandarización

Los Cuerpos de Estandarización relevantes están involucrados en la

definición E2E de la solución 100Gbps solución

IP/Optical Integration

CoreRouters

ServiceRouters Service

IEEE ClientInterface

IEEE ClientInterface

Converged Service Control

Mobility Manager

IMSPolicy Manager


ConvergedBackbone

Converged Edge

Routers ServiceRouters

OTN/Photonic Switches

Converged RAN 100Gbps transport

Multi-screen servicesWeb & Enterprise 2.0

20072007Q1 Q4Q2 Q3

100G: Resumen de los estándares emergentes

20092009Q1 Q4Q2 Q3

20082008Q1 Q4Q2 Q3

20102010Q1 Q4Q2 Q3

G.709 Amd3ConsentODU4 Proposal

G.709 New ITU-T SG15

IEEE 802.3ba D2.0

802.3WG Ballot

IEEE 802.3ba 40GE/100GE

Standard

IEEE 802.3ba D3.0

LMSC Ballot

IEEE 802.3ba 40GE/100GE

PAR Approved

IEEE 802.3ba D1.0

TF Draft


IA to Straw Ballot

IA Draft100G Project

Kick off

IA to Principal Ballot

Project Complete

ConsentOTU4 Definition

ODU4 ProposalG.709 New

Version ConsentITU-T SG15

OTU-4 standard

LMSC - LAN/MAN Standards Committee

IEEE802.3ab 40Gbps/100Gbps

Nomenclatura

Speed

Medium Coding scheme

Lanes

Copper Optical Copper Optical

40 G = 40 Gb/s

100 G = 100 Gb/s

K = Backplane

C= Cable

S = Short Reach (100 m)

L = Long Reach (10 km)

R = 64B/66B Block

Coding

N = 4 or 10 n = Number of lanes or

wavelengths


Gb/s C= Cable Assembly/

Cupper

(10 km)

E = Extended Long Reach

(40 km)

Examples

40G SMF 10km L R 4

100G SMF 10km L R 4

n = 1 is not required as “serial” is implied

IEEE 802.3ba Task Force

Ratificación Junio 2010 Meeting

Soluciones Esperadas:

� Implementación Paralela para 40G y 100G Ethernet

� 40GBASE - KR4, CR4, SR4, LR4

� 100GBASE - CR10, SR10, LR4, ER4


� Areas resueltas:

� Operación Full duplex operation, preserva el existente formato 802.3 /MAC

� Preserva los min/max tamaños de trama para 802.3

� Soporta BER ≥ 10-12

� Suport e para OTN Framing/data rates

� Definió el pluggable form factor = CFP

Alcatel-Lucent Product 40Gbps – Summary

Interface

Type

Framing Reach Target

Release

Optical

Pkg

Tunable FEC IMM/MDA

40G

Gray

LR4

(4λλλλx10G)

ETH 10km R9.0 CFP no - 1prt IMM


(4λλλλx10G)

40G DWDM

ETH* 80km R9.0 Fix Yes Yes 1 prt IMM

OTU-3e 80km R9.0 Fix Yes Yes 1prt IMM

OC768c/S

TM256c

80km R9.0 Fix Yes Yes 1prt IMM

Alien Lambda5


5

Por qué Alien Lambda?

Inserción de una lambda de 40G y/o de 100G (deteccióncoherente) en un sistema DWDM existente de baja capacidadsin posibilidad de crecimiento

Permite una implementación rápida y de bajo costo ya quereutiliza el uso de la fibra óptica, filtros y amplificadores enel sistema DWDM existentereutiliza el uso de la fibra óptica, filtros y amplificadores enel sistema DWDM existente

La detección coherente permite una mejor tolerancia delCD/PMD y de los efectos no lineales de la fibra óptica

Compatibilidad/tolerancia con lambdas adyacentes de 2.5G,10G y 40G

Alien Lambda100 GHz slot 100 GHz slot 100 GHz slot

10G λ10G λ

λλλλ

100 GHz slot 100 GHz slot100 GHz slot

10G λ 10G λ

DWDM legacy system (2.5G and 10G λ )

Alien Lambda (100G lambda)

10x10GE100G ג coherent

10x10GE 100G ג coherent

50GHz

100 GHz slot 100 GHz slot 100 GHz slot

10G λ10G λ 100G λ

λλλλ


10G λ10G λ

10x10GE


10x10GE 100G ג coherent

1830 PSS1830

PSS

Alien Lambda (40G and 100G lambdas)

10x10GE40G and 100G גcoherent

10x10GE 40G and 100G גcoherent

50GHz


10G λ10G λ 100G λ

50GHz

λλλλ


10G λ10G λ 40G λ


coherentcoherent

4x10GE 4x10GE

1830 PSS

1830 PSS

Alien Lambda (40G lambda) -7750 SR

40 G ג40G ג

50GHz


10G λ10G λ 100G λ

λλλλ


10G λ10G λ

7750 SR 7750 SR


40G ג

40G oc768/stm 256 DWDM 40G oc768/stm 256 DWDM

Una Portadora 100G

PDM-QPSK CON RECEPTOR COHERENTE

T

//

Polarization Division Multiplexing(PDM)

Single carrier travelling in the two

100G PDM-QPSK Transmitter

Next-Generation Coherent Receiver

excluding overhead and FEC

64COPYRIGHT © 2012 ALCATEL-LUCENT. ALL RIGHTS RESERVED. ALCATEL-LUCENT — INTERNAL PROPRIETARY — USE PURSUANT TO COMPANY INSTRUCTION

64

Quaternary Phase Shift Keying (QPSK)

Single carrier travelling in the two light polarizations (50GHz slot)

Each polarization carries 4 phase-states (2 bits)

Dos Portadoras 400G PDM-QPSK CON RECEPTOR COHERENTE

• 88 wavelength X 100G � 8.8T

• 44 wavelengths X 400G � 17.6T

• Compatible con ITU 50 GHz grid

• 58 wavelengths X 400G � 23T

• Flexible wave-shaping aumenta en 33% la


65

• Flexible wave-shaping aumenta en 33% la capacidad de la red

Dual Carrier PDM-16-QAM 200G

100 G Long Haul / Metro – OPciones de interconexión

100G OT

1λ4λx25G CFP1x100GE

4xλ

1830 PSS R37450 SR 8.0R4

7750 SR 100GE IMM (10km, Fixed Optics)

1x 100GE – OTU4

Coherent

Ensuring End-to-End Solution


1830 PSS R3

100G OT

1λ10λx10G CFP1x100GE

10xλCoherent

7450 SR 8.0R4

7450 SR 100GE IMM (10km, Fixed Optics)

1x 100GE – OTU4

Solution

Conclusiones6


6


68

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caracterización para redes de 40 y 100gb

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