Caracterización Para Redes De 40 Y 100gb 5v4h1b

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. 3.- Formatos de Modulación y Técnicas de detección 4.- EJEMPLO RED METRO CANTV (Urbano)

1

Caracterización de Fibras Ópticas

TALLER 3 | Presentation SR Portfolio| Fibras Ópticas Title June |2009 yMonth Caracterización 2009 para redes de 40 y 100 G

3

Caracterización de Fibras Ópticas Definición • Son un conjunto de medidas ópticas de extremo a extremo realizadas sobre capa física, que cualifican y determinan la calidad y el potencial de una fibra óptica dada en la red. • Aporta toda la información necesaria para definir si un enlace Óptico es capaz de soportar 10Gb/s, 40Gb/s ,100 Gb/s o sistemas mayores.

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4

Caracterización de Fibras Ópticas

La siguiente Información debe ser conocida con precisión: Capaciad del Sistema (Máximo # de Canales) Tasa de transmisión 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

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5

Caracterización de Fibras Ópticas Pruebas • Pérdidas de Inserción y Perdidas de Retorno (Insertion & Return losses) • Verificación de planta física • Espectro de perfil de Atenuación (SAP, spectral attenuation profile. • Dipersión Cromática (CD, Chromatic dispersion). • Dispersión por Modo de Polarización (PMD, Polarization mode dispersion).

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6

1

Caracterización de Fibras Ópticas Parámetros Claves de la Fibra

TALLER 7 | Presentation SR Portfolio| Fibras Ópticas Title June |2009 yMonth Caracterización 2009 para redes de 40 y 100 G

7

Vamos con la Parte Matemática 1 ∂2 A ∂A i 2 i + αA − β 2 + γ A A=0 2 ∂z 2 dT 2

Dispersion map: GO Residual dispersion [ps/nm]

1500 1000 500 0 -500 -1000 -1500 0

100

200

300

400

500

Transmission distance [km]

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8

600

2

Caracterización de Fibras Ópticas Efectos Lineales

TALLER 9 | Presentation SR Portfolio| Fibras Ópticas Title June |2009 yMonth Caracterización 2009 para redes de 40 y 100 G

9

Parámetros que definen a las Fibras Ópticas Efectos Lineales • Atenuación

• Dispersión Cromática

• PMD Dispersión por modo de Polarización

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10

Atenuación vs longitud de onda

0.3 dB/Km 0.22 dB/Km

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11

Atenuación de la fibra óptica Banda E 1ª ventana

3,0

(Extended) 2ª v Banda O Fibra multimodo

(Original)

Banda U 3ª v Banda C (Conventional) (Ultra-long)

Banda S (Short)

4ª v Banda L (Long)

Atenuación (dB/Km)

2,5

Fibra monomodo

2,0

Absorción producida por el ión hidroxilo, OH(‘Pico de agua’)

1,5

1,0

Pérdida debida a la dispersión intrínseca

0,5

Láser CD-ROM

0 700 Luz visible

800

900

Luz infrarroja

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1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

Longitud de onda, λ (nm) 12

OTDR

A Good Trace Patch

Mechanical Splice (or may be interconnect)

OTDR Fusion Splice

Patch

The System

dB (attenuation–

Access Jumper

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

13

A Bad Fusion Splice Patch OTDR

dB (attenuation–

Patch

≥ 0.3 dB

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

14

Medición de Atenuación

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15

Medición del Perfil de Atenuación (AP)

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16

Empalmes Mecánicos y de Fusión Problemas de empalmes mecánicos.

Falta de Paralelismo

Proceso de un empalme de fusión.

1) Alineación

Desalineamiento Axial 2) Descarga eléctrica para fusión. Gap

Presencia de Impurezas

α = 1 dB

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3) Secado y recubrimiento. α = de 0.1 a 0.07 dB

17

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

18

Conectores de Fibra Optica

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19

Especificació Especificaci ón de Aplicació Aplicación/Distancia Distancia// Ancho de Banda para Fibra Multimodo 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

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

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20

2

Caracterización de Fibras Ópticas Dispersión Cromática

TALLER 21 | Presentation SR Portfolio| Fibras Ópticas Title June y|2009 Caracterización Month 2009 para redes de 40 y 100 G

21

Dispersión Cromática

•Dispersión Cromática: •Diferentes longitudes de onda viajan a diferentes velocidades

Pulso

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Difusión del pulso

22

Cálculos de Dispersión Cromática 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

Rx

Tx

d= 65 Km Fibra TALLER Fibras Ópticas y Caracterización para redes de 40 y 100 G

23

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

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24

Fibra Óptica. Atenuación y Dispersión

G.652 Fibre

0.70

20

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

Attenuation [dB/km]

10

G.655 Fibre

0.50

5 0.40

G.653 Fibre

0

0.30 -5

G.652.C & .DFibres

0.20

-10

0.10

-15 O-Band

0.00 1280

1320 1310 nm

E-Band 1360

1400

S-Band 1440

1480

Wavelength [nm]

C-Band 1520

1560

L-Band 1600

-20 1640

DWDM WINDOW 25

Dispersion [ps/(nm*km)]

15

0.60

Medición de Dispersión Cromática

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26

Efectos de la Dispersión

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27

Compensación de Dispersión Cromatica La Compensación es usada para reducir la dispersión acumulada

DCM

Dispersión Acumulada [ps/nm]

Fibre span

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28

Compensación de Dispersión Cromática

Switch-Router

Switch Router

1000 km DCM

80km

DCM

DCM 80km

DCM 90km

DCM 80km

DCM 80km

DCM

DCM

90km

DCM 80km

DCM 80km

DCM 90km

DCM 80km

DCM 80km

DCM 90km

AMP

DWDM

DWDM

DWDM

Compensación de Línea Pre-compensasión

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29

2

Caracterización de Fibras Ópticas Dispersión Por Modo de Polarización

TALLER 30 | Presentation SR Portfolio| Fibras Ópticas Title June y|2009 Caracterización Month 2009 para redes de 40 y 100 G

30

PMD ¿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

Teórico

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31

Dispersión por Modo de Polarización PMD Signal

∆τ

Polarisation axes

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

Pulse

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Pulse Spreading 32

PMD – baja Tasa de Tx

T0

T

t ∆τ fast axis

z, t slow axis

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∆τ 33

PMD – Alta Tasa de Tx

∆τ t fast axis

z, t slow axis

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∆τ 34

PMD vs Distancia

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

No es lineal ya que no crece con la distancia, sino con la raiz de ella. PMD = υ x d

0<υ<2

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

Teórico

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

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

35

Especificaciones de PMD

Coeficiente de PMD para una probabibilidad 99.9954% y una penalidad de 1 dB. Bit rate (Gb/s)

DGD Promedio (ps)

Coeficinet PMD 400 km fibra (ps/km½)

2.5

40

≤ 2.0

10

10

≤ 0.5

40

2.5

≤0.125 o

25 km con 0.5 ps/km1/2)

100

1

≤ 0.05 o

4 km con 0.5 ps/km1/2)

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

36

Mediciones de PMD

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

37

2

Caracterización de Fibras Ópticas Efectos No Lineales

TALLER 38 | Presentation SR Portfolio| Fibras Ópticas Title June y|2009 Caracterización Month 2009 para redes de 40 y 100 G

38

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 intensidad 2 dBm Distorsión de Intensidad de propagación de un canal en un enlace de 2x80 Km, con diferentes potencia de canales

17 dBm

18 dBm

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

39

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 propagación de un canal en un enlace de 2x80 Km

signal co-propagating channel

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

Ps = 2 dBm Pc = 13 dBm

40

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

Power (dBm)

Significantivo only para transmisiones sobre fibra G.653 (alrededor de valor de f3 dispersión cero f1 f2 Espectro experimental 113123 223 132 231 331 -10 registrado después de 25 Km 112 221 332 de fibra G.653 con tres -15 canales no espaciados -20 uniformemente -25 -30 -35 -40 1541

1543

1545

1547

1549

λ (nm) TALLER Fibras Ópticas y Caracterización para redes de 40 y 100 G 41 | Technical Sales Forum | April 2010

41

Efectos No Lineales – Modulación de Fase Cruzada (XPM) Modulación cruzada de fase entre 40 Gbs QPSK y 10 Gbs NRZ

40 Gbs PDM-QPSK λ1

(10 Gbaud) 4 bits/symbol

Deterioro severo inducido

10 Gbs existing λ2

(10 Gbaud = 10 Gb/s) 1 bit/symbol

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

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

42

DP-QPSK and RZ-DQPSK: Muy pobre compatibilidad con vecinos a 10 Gbs 10G Compatibilidad Low 40G DP-QPSK

High 40G RZ-DQPSK

40G P-DPSK

Baud rate (symbol rate) 10G

20G

25G

40G

100G

Channel Allocation 40G P-DPSK

40G P-DPSK 10G

Utilización Full del espectro 50GHz 40G RZ-DQPSK

40G DP-QPSK guard-band

10G

guard-band

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

50GHz

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

43

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

40G DPSK

λ1

1 bits/symbol

Negligible induced impairments

100G PDM-QPSK

λ3

(40 Gbaud = 40 Gb/s)

(25 Gbaud) 4 bits/symbol

Negligible induced impairments

λ2

10G NRZ

(10 Gbaud = 10 Gb/s) 1 bit/symbol

t

100G PDMPDM-QPSK @ 25Gbaud es compatible con tráfico existente 10G an 40G TALLER Fibras Ópticas y Caracterización para redes de 40 y 100 G

44

3

Detección Coherente y Modulación por división de polarización

Taller Fibrsa¨´opticas Y Técnicas de Cosntrucción Sunterrnáneo y submarino 45 | Presentation SR Portfolio| Title June |2009 Month 2009

Tipos de Detección Detección Directa

Detección Diferencial

Detección Coherente

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

46

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

1 channel in a 50GHz slot

14 Gbaud “Dual Polarization” “Frequency Division Multiplexing” Taller Fibrsa¨´opticas Y Técnicas de Cosntrucción Sunterrnáneo y submarino

λ

100G Transport OPFDM-RZ-DQPSK OPFDM-RZ-DQPSK (OrthogonalPolarized Frequency-DivisionMultiplexed 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

1 channel in a 100GHz slot

28 Gbaud “Orthogonal-Polarized” “Frequency Division Multiplexed” Taller Fibrsa¨´opticas Y Técnicas de Cosntrucción Sunterrnáneo y submarino

λ

100G Transport Coherente PDM-QPSK PDM-QPSK (Polarization-Division Multiplexing 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

1 channel in a 50GHz slot

25 Gbaud “Polarization Multiplexed”

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

λ

Power

Power

Power

Power

Power

Resumen Ténicas Modulación – Espectro - Capacidad 40G 50 GHz

10G NRZ

Spectral efficiency 20%

Non-Return-to-Zero

100 GHz

λ

λ

λ

40G Coherent DP-QPSK λ

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

Return-to-Zero Differential QuadriPhase-Shift Keying

Dual-Polarization QuadriPhase-Shift Keying

1.76 Tb/s (44 channels)

80%

Partial Differential Phase-Shift Keying

40G RZ-DQPSK 50 GHz

40%

Differential Phase-Shift Keying

40G P-DPSK 50 GHz

(88 channels)

λ 40G DPSK

50 GHz

Capacity in C-band 880 Gb/s

3.52 Tb/s (88 channels)

80%

3.52 Tb/s (88 channels)

80%

3.52 Tb/s (88 channels)

Power

Modulación y Detección Coherente 100Gb/s

50 GHz

100 Gbit/s Coherent PDM-QPSK Polarization-Division Multiplexing

QuadriPhase-Shift Keying

Spectral efficiency 200 %

Bit/symbol

100G Coherent PDM-QPSK

•+ multiplexación de polarización

Polarization-Division Multiplexing QuadriPhase-Shift Keying

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

8.8 Tb/s (88 channels)

λ

•Modulación de fase

Capacity in C-band

4

Baud rate (symbol rate)

25 Gbaud

4

100 G y proceso de Estandarización

52 | Homologación 100 G | Enero 2011

Cuerpos de Estandarización Los Cuerpos de Estandarización relevantes están involucrados en la definición E2E de la solución 100Gbps solución Converged Service Control Mobility Manager

Core Routers

IEEE Client Interface

IP/Optical Integration

IMS

Policy Manager

IEEE Client Interface

Service Routers

Service Routers OTN/Photonic Switches

Converged RAN Multi-screen services Web & Enterprise 2.0

53 | Homologación 100 G | Enero 2011

100Gbps transport

Converged Backbone

Converged Edge

100G: Resumen de los estándares emergentes Q1

2007 Q3

Q2

Q4

Q1

2008 Q3

Q2

IEEE 802.3ba 40GE/100GE PAR Approved

IEEE 802.3ba D1.0 TF Draft

G.709 Amd3 Consent OTU4 Definition

ODU4 Proposal

100G Project Kick off

LMSC - LAN/MAN Standards Committee

54 | Homologación 100 G | Enero 2011

Q4

IA Draft

Q1

2009Q3

Q2

IEEE 802.3ba D2.0 802.3WG Ballot

Q4

IEEE 802.3ba D3.0 LMSC Ballot

Q1

IEEE 802.3ba 40GE/100GE Standard

G.709 New Version Consent

IA to Straw Ballot

Project Complete

IA to Principal Ballot

2010Q3

Q2

ITU-T SG15 OTU-4 standard

Q4

IEEE802.3ab 40Gbps/100Gbps Nomenclatura Medium Speed 40 G = 40 Gb/s 100 G = 100 Gb/s

Copper K= Backplane

C= Cable Assembly/ Cupper

Optical

Coding scheme

S = Short Reach R = 64B/66B (100 m) Block Coding L = Long Reach (10 km) E = Extended Long Reach (40 km)

Lanes Copper

Optical

N = 4 or 10

n = Number of lanes or wavelengths

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

Examples 40G SMF 10km

L

R

4

100G SMF 10km

L

R

4

55 | Homologación 100 G | Enero 2011

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 e para OTN Framing/data rates

Definió el pluggable form factor = CFP

56 | Homologación 100 G | Enero 2011

Alcatel-Lucent Product 40Gbps – Summary Interface

Framing

Reach

Type

Target Release

40G

Optical

Tunable

FEC

IMM/MDA

Pkg

ETH

10km

R9.0

CFP

no

-

1prt IMM

ETH*

80km

R9.0

Fix

Yes

Yes

1 prt IMM

OTU-3e

80km

R9.0

Fix

Yes

Yes

1prt IMM

OC768c/S

80km

R9.0

Fix

Yes

Yes

1prt IMM

Gray LR4 (4λ λx10G) 40G DWDM

TM256c

57 | Homologación 100 G | Enero 2011

5

Alien Lambda

Taller Fibrsa¨´opticas Y Técnicas de Cosntrucción Sunterrnáneo y submarino 58 | Presentation SR Portfolio| Title June |2009 Month 2009

Por qué Alien Lambda? Inserción de una lambda de 40G y/o de 100G (detección coherente) en un sistema DWDM existente de baja capacidad sin posibilidad de crecimiento Permite una implementación rápida y de bajo costo ya que reutiliza el uso de la fibra óptica, filtros y amplificadores en el sistema DWDM existente La detección coherente permite una mejor tolerancia del CD/PMD y de los efectos no lineales de la fibra óptica Compatibilidad/tolerancia con lambdas adyacentes de 2.5G, 10G y 40G

Alien Lambda 100 GHz slot

100 GHz slot

100 GHz slot

100 GHz slot

100 GHz slot

100 GHz slot

λ 10G λ

10G λ

10G λ

DWDM legacy system (2.5G and 10G λ )

10G λ

Alien Lambda (100G lambda) 100 GHz slot

100 GHz slot

100 GHz slot

100 GHz slot

100 GHz slot

100 GHz slot

50GHz

λ 10G λ

100G λ

10G λ

10G λ

10G λ

100G 10x10GE

100G

‫ ג‬coherent

‫ ג‬coherent 10x10GE

1830 PSS

1830 PSS

DWDM legacy system (2.5G and 10G λ )

Alien Lambda (40G and 100G lambdas) 100 GHz slot

100 GHz slot

100 GHz slot

100 GHz slot

50GHz

100 GHz slot

100 GHz slot

50GHz

λ 10G λ

100G λ

10G λ

10G λ

40G and 100G ‫ג‬ coherent

10x10GE

40G λ

10G λ

10x10GE

40G and 100G ‫ג‬ coherent

4x10GE

4x10GE 1830 PSS

1830 PSS

DWDM legacy system (2.5G and 10G λ )

Alien Lambda (40G lambda) -7750 SR 100 GHz slot

100 GHz slot

100 GHz slot

100 GHz slot

100 GHz slot

100 GHz slot

50GHz

λ 10G λ

100G λ

10G λ

10G λ

10G λ

7750 SR

7750 SR

40 G 40G

‫ג‬

40G oc768/stm 256 DWDM

‫ג‬

40G oc768/stm 256 DWDM

DWDM legacy system (2.5G and 10G λ )

Una Portadora 100G PDM-QPSK CON RECEPTOR COHERENTE Polarization Division Multiplexing (PDM) T excluding overhead and FEC

// 100G PDM-QPSK Transmitter

Next-Generation Coherent Receiver

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

Quaternary Phase Shift Keying (QPSK)

Each polarization carries 4 phase-states (2 bits)

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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 capacidad de la red

Dual Carrier PDM-16-QAM 200G 65 COPYRIGHT © 2012 ALCATEL-LUCENT. ALL RIGHTS RESERVED. ALCATEL-LUCENT — INTERNAL PROPRIETARY — USE PURSUANT TO COMPANY INSTRUCTION

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100 G Long Haul / Metro – OPciones de interconexión

7450 SR 8.0R4 1x100GE

4λx25G CFP

1x 100GE – OTU4

1830 PSS R3

1λ Coherent 4xλ 7750 SR 100GE IMM (10km, Fixed Optics)

Ensuring End-to-End Solution

7450 SR 8.0R4

100G OT

1x 100GE – OTU4 1x100GE

10λx10G CFP 1λ 10xλ

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

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

Coherent 100G OT

1830 PSS R3

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Conclusiones

Taller Fibrsa¨´opticas Y Técnicas de Cosntrucción Sunterrnáneo y submarino 67 | Presentation SR Portfolio| Title June |2009 Month 2009

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