Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana
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CommTech Talks: presentazione di Telecom Italia sulla nuova rete fotonica italiana

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Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Presentation Transcript

  • GRUPPO TELECOM ITALIAMilano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova retefotonica italianaGiuseppe FerrarisTelecom Italia - Transport Innovation
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova rete fotonica italianaSommario• Sistemi coerenti a 40 e 100 Gbit/s• La rete fotonica Kaleidon• Evoluzione delle reti fotoniche
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova rete fotonica italianaSommario• Sistemi coerenti a 40 e 100 Gbit/s• La rete fotonica Kaleidon• Evoluzione delle reti fotoniche
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova rete fotonica italianaIntroduzione• I sistemi di trasmissione coerenti vengono studiati e sperimentati da circa trent’anni• Solo recentemente il progresso delle tecnologie ha reso possibile lo sviluppo di sistemi commerciali• 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 Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 4
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana l Struttura di un sistema DWDM lk l lk DEMUX ... MUX 0/E A A A A ... E/O ... 0/E DCF E/OTransponder Transponder DEMUX ... MUX A A A A ... ... DCF l ? ► 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 Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 5
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Sistemi IM-DD Modulazione esterna Intensity Modulation Driver Direct Detection Dati APC LD ATC PD Mod. Est. Dati Amp. Amp. AGC Decisione PD EstrazioneAPC: Automatic Power Control Bias clockATC: Automatic Temp. Control control Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 6
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova rete fotonica italianaEffetti di degrado trasmissivo Rumore Guadagno Dispersione PMD Ottico (ASE) non uniforme Cromatica PDL DEMUX ... MUX A A A A ... ... Effetto Kerr DCF SPM, XPM, FWM Fibra compensatriceDiagramma ad occhio in trasmissione Diagramma ad occhio in ricezione Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 7
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Gittata tipica di sistemi DWDM terrestri (IM-DD) ► Caratteristiche tipiche di un transponder a 10 Gbit/s IM-DD Max. DC: ~800 ps/nm (~60 km G.652) Max. PMD: 10 psOSNR [dB] Min. OSNR: 24  11 dB (a seconda del tipo di FEC del formato NRZ/RZ) • Tecniche per migliorare la gittata dei sistemi • Impiego di codici a correzione d’errore nei ricevitori 24 • Impiego di amplificatori ottici distribuiti ad effetto Raman 20 NRZ • Impiego del formato di modulazione RZ 16 senza FEC 12 NRZ RZ con FEC E-FEC RAMAN 400 800 3000 Lunghezza [km] Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 8
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova rete fotonica italianaEvoluzione 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) Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 9
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Efficienza spettrale Spettri di potenza di segnali a 100 Gbit/s100 Gbit/s PM-QPSK Max. DC: 8  10 ps/nm (~0.60.8 km G.652) Max. PMD: 1 ps100 Gbit/s QPSK Min. OSNR: 21 dB100 Gbit/s NRZ -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 Frequenza [GHz]• 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 Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 10
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Formato QPSK • Portante cosinusoidale modulata in fase Im • 4 valori di fase01 11 • 2 bit/simbolo p3/4 p/4 cos(wt + f(t)) Re p5/4 p7/4 11 00 1000 10 t p/4 p5/4 p7/4 Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 11
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Rappresentazione dei segnali modulati► Ogni segnale modulato in ampiezza o fase può essere rappresentato come: s(t) = A(t) cos [wct + f(t)] = A(t) cos f(t) cos wct - A(t) sin f(t) sin wct► Esprime il segnale come combinazione lineare dei segnali ortogonali cos(wct) e –sin(wct)► Le componenti (reali) sono: I(t)=A(t) cos f(t) Componente in fase Q(t)=A(t) sin f(t) Componente in quadratura► I(t) e Q(t) sono la parte reale ed immaginaria dell’INVILUPPO COMPLESSO: c(t) = I(t) + jQ(t) s(t) = Re[c(t) ejwct] Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 12
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Generazione del segnale QPSK 11 10 00 110010DEMUX s(t) I(t) 101 Driver p/4 p5/4 p7/4 s(t) LASER I(t) SINTONIZZABILE p/2 Q(t) Driver 100 I(t) cos(wct) t Im Modulatori di fase 01 11 Mach Zehnder p/4 Q(t) p3/4 Re p5/4 p7/4 -Q(t) sin(wct) 00 10 Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 13
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Multiplazione di polarizzazione 110010 DEMUX Ix(t) 101 Driver sx(t) Pol. X p/2 Qx(t) Driver Pol. X LASER 100 SegnaleSINTONIZZABILE PBS PBC 011 PM-QPSK Iy(t)Polarization Driver Pol. YBeam Splitter Pol. Y sy(t) p/2 Qy(t) Polarization Beam Combiner Driver 111 011111 DEMUX Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 14
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Rivelazione coerente del segnale QPSK Ibrido 90° ~ I(t) p/2 LASER Segnale QPSK ~ Q(t) SINTONIZZABILE► I due segnali di corrente sono proporzionali alle componenti in fase e quadratura a meno della differenza delle pulsazioni wS ed wLO► I segnali I(t) e Q(t) vengono ricavati mediante elaborazione digitale Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 15
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Rivelazione coerente del segnale DP-QPSK Ibrido 90° ~ Ix(t) p/2 Pol. X ~ Qx(t) LASER Segnale PBS PBSSINTONIZZABILE QPSK Ibrido 90° ~ Iy(t) p/2 Pol. Y ~ Qy(t) Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 16
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Sistema coerente DP-QPSK a 100 Gbit/s Trasmettitore Ricevitore► ~28 GBaud/s (112 Gbit/s) ► Front-end ottico► Spaziatura 50 GHz ► ADC, DSP, decisione► Efficienza spettrale 2 (bit/s)/Hz ► Implementazione FEC Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 17
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana 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 Convertitori ADC DSP CMOS ASIC per ricevitore coerente (20 milioni di porte logiche, Nortel [1]) Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 18
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova rete fotonica italianaElaborazione digitale dei segnali Dal riferimento [1]: “Performance of Dual-Polarization QPSK for Optical Transport Systems” Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 19
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova rete fotonica italianaDigital Signal Processing passo passo (I) ADC output ADC Disp. Comp. Retiming PMD Comp. Phase Recover. ► Segnale distorto dalla dispersione cromatica e PMD ► Campionamento asincrono ► Rumore di fase Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 20
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Compensazione della dispersione cromatica Input Output X b0 T X T b1 X T b2 X b3• Filtro FIR• Inversione della risposta della Dal riferimento [1]: fibra “Performance of Dual-Polarization QPSK for Optical Transport Systems”• N. di coefficienti proporzionale  D Ll2  alla dispersione massima N  2 2  1 compensabile  2cT  Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 21
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Digital Signal Processing passo passo (II) Dispersion compensation output ADC Disp. Comp. Retiming PMD Comp. Phase Recover.► 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 Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 22
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Digital Signal Processing passo passo (III) Symbol Retiming Output ADC Disp. Comp. Retiming PMD Comp. Phase Recover.► Corretta temporizzazione► Il segnale permane distorto dalla PMD, dal rumore di fase e dal mancato isolamento delle polarizzazioni Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 23
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italianaCompensazione della PMD Dal riferimento [1]: “Performance of Dual-Polarization QPSK for Optical Transport Systems”• 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 Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 24
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Digital Signal Processing passo passo (IV) PMD Comp. Output ADC Disp. Comp. Retiming PMD Comp. Phase Recover.► I due stati di polarizzazione sono separati e la PMD è compensata► Le costellazioni “ruotano” a causa della diffferenza di pulsazione wS wLO Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 25
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova rete fotonica italianaStima della fase della portante Riferimento [5]: Kazuro Kikuchi, “Coherent transmission systems” Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 26
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Digital Signal Processing passo passo (V) Phase Recover. Output ADC Disp. Comp. Retiming PMD Comp. Phase Recover.► La differenza di frequenza wS wLO è compensata e i segnali I e Q sono correttamente ricostruiti Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 27
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Integrazione di Rx TX 100 Gbit/s su una singola schedaDal riferimento [1]: “Performance of Dual-Polarization QPSK for Optical Transport Systems” Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 28
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Caratteristiche trasmissive a confronto 10G 40G 40G 100G RZ IMDD DQPSK Coh. DP-BPSK Coh. DP-QPSKOSNR [dB] 11 14 11 13Dispersion [ps/nm] ± 800 ± 500 (TDC) ± 59000 ± 40000DGD [ps] 30 24 90 9050 GHz spacing Yes Yes Yes YesMax number ROADM >20 15? 15? ~20Reach 1600 1000 1300 ~1000(5 ROADM 16 span G.652) [km]Spectral efficiency 0.2 0.8 0.8 2(50 GHz grid) [(bit/s)/Hz]Max Capacity (C-band) [Gbit/s] 800 3200 3200 8000Compatibility 10 G NRZ - XXXX XXX XXUncompensated links No No Yes YesOld high PMD links No No Yes YesComplexity X XXXX XXXXX XXXXXX Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 29
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova rete fotonica italianaLimiti trasmissivi dei formati multilivello Simulazione numerica della massima distanza di trasmissione (fibra G.652) Dal riferimento [6] Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 30
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova rete fotonica italianaBibliografia 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 Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 31
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova rete fotonica italianaSommario• Sistemi coerenti a 40 e 100 Gbit/s• La rete fotonica Kaleidon• Evoluzione delle reti fotoniche
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Organizzazione funzionale di una rete backbone, ASON: Automatically Switched Optical Network Sistema informativo dedicato a: Piano di configurazione manuale dei circuiti e delle protezioni, Gestione Performance Monitoring, gestione degli allarmi … Piano di Sistema informativo dedicato a: configurazione automatica dei circuiti e delle protezioni, Controllo dedicate o condivise (restoration), network discovery, … Insieme dei sistemi dedicati alle funzioni di Piano Dati trasferimento dei dati: multiplazione, trasmissione, commutazioneSistema DWDM Cross-connect Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 33
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova rete fotonica italianaFunzioni 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] Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 34
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Wavelength Selective Switch Linea nord e nodi ROADM Splitter WSS Nodo ROADMSchema funzionale di un WSS di grado 3 WSS Linea est Splitter Splitter WSS Linea sud Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 35
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova rete fotonica italianaStruttura di un WSS Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 36
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova rete fotonica italianaScheda di linea ROADM Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 37
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova rete fotonica italianaDal DWDM punto-punto alle reti “lambda-switched” DWDM punto-punto Reti “lambda switched” (fino al ~2010) (oggi) Transponders Optical circuits ROADM Nodo di rete Nodo di rete con terminazioni DWDM Con funzioni “lambda switching “ Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 38
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova rete fotonica italianaPerché 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 Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 39
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Architettura del backbone IP Le reti “client” domestiche OPB: Optical Packet Backbone X COBG BS BZ TS MI TO VE VR VRPD AL TO MI 2MI 1 BO VE GE MO SV RI ALPC FI AN BO A PG PI PI FI N P PE G P RM RM 2 E RM 1 R BA M BA SS NANL 1 TA TA CA CZ CA PA PA CT ► Rete ASON magliata CT► Anelli SDH a 2.5 Gbit/s • CRS 1 Tera-routers nel core ► Cross-connect SDH e link► Servizi VC4 strutturati • Interfacce POS a 10 Gbit/s per DWDM tutti I link► Affidabilità eccellente (MS- SPRing) ► Control Plane, routing • Interfacce POS a 40 Gbit/s nel centralizzato core Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 40
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Trasporto Sud-Nord del traffico internazionale Rete Pan-Europea di Telecom Italia Sparkle• Il traffico proveniente dal medio e lontano oriente è convogliato in Sicilia da sistemi sottomarini• Deve essere instradato a Milano dove sono MedNautilus dislocati i POP della rete Pan-Europea di Telecom Italia Sparkle Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 41
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova rete fotonica italianaOpportunità offerte dalle nuove tecnologie fotonicheUltra Long-Haul DWDM ► Minor numero di rigeneratori ► Risparmio negli investimenti Multi-degree ROADM ► “Provisioning” end-to-end ► Protezione e restoration di OCh Control Plane GMPLS ► Risparmio nei costi operativi Evoluto Percorso di protezione CP o di restoration Tunnel ottico CP Trasparente (OCh) CP CP CP CP CP CP Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 42
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Struttura del nuovo Backbone fotonico k a le i d on • 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 l 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 Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 43
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana 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 Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 44
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana “Protection and Restoration combined” Protetto Restoration (secondi) In servizio Protezione (<50ms) Fuori servizio Circuito t Guasto Guasto Guasto Guasto Rete Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 45
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova rete fotonica italianaSommario• Sistemi coerenti a 40 e 100 Gbit/s• La rete fotonica Kaleidon• Evoluzione delle reti fotoniche
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Reti fotoniche ad una svolta Uso più efficiente della banda ottica Medio termineESSIAMBRE et al., Allargamento della JLT, 2010 Tecnologie fotoniche banda ottica attuali “evolute” 2012 ~2020 ~2030 Nuove tecnologie fotoniche • MIMO su fibre multimodo Esperimenti Record recenti • Fibre “multicore” • Modulazione del momento angolare orbitale dei fotoni • … Lungo termine Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 47
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova rete fotonica italianaReti fotoniche ad alta efficienza e a banda ultra larga Tecnologie abilitanti Uso più ► Supercanali ottici Prossima generazione di reti efficiente ► Transponder configurabilidella banda ottica ► Griglia flessibile fotonicheAllargamento della banda ► Amplificazione Raman ottica Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 48
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Superchannel Nyquist DWDM e supercanali Power Spectrum• Le portanti ottiche possono essere fittamente spaziate e trattate come supercanali Optical Channel spacing Df• Nel “Nyquist DWDM” la spaziatura limite è il baud rate Frequency Paper OTh3A.3, Poggiolini et al., "Ultra- BOSCO et al., Long-Haul Transmission of 16x112 Gb/s JLT 2011 Spectrally-Engineered DAC-Generated Nyquist-WDM PM-16QAM Channels with 1.05x(Symbol-Rate) Frequency Spacing"► La gittata dei sistemi è limitata 50 G dall’interferenza non lineare (FWM-like impairment model) 100 G► Quanto più la spaziatura è stretta 150 G tanto più elevata è l’efficienza G.652 200 G spettrale, tanto più breve è la G.655 gittata Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 49
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Transponder configurabili DAC Optical• ~32 Gsymbol/s DAC modulator DSP Laser PC• Formato di modulazione DAC Optical modulator configurabile: DP-BPSK, DP- DAC QPSK, DP-8QAM, DP-16QAM Spectral shaping Power Spectrum• “Spectral shaping” elettrico: DSP e DAC nel trasmettitore• Sintonizzabilità su griglia Baud Rate Optical Frequency flessibile Hybrid• Soft Decision FEC: guadagno ADC 90° ADC di codifica > 10 dB DSP PS Laser ADC Hybrid 90° ADC Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 50
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana 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 1518 nm 1620 nm sistemi EDFA ESSIAMBRE et al., JLT 2010 Puc et al., ECOC 2005 Per Polarization Spectral Efficiency ► I sistemi con amplificazione Raman si avvicinano all’efficienza spettrale limite di Shannon ► Costellazione e codifica ottimizzate Sir ► Efficienza spettrale di 16 bit/s/Hz conChandrasekhara Raman una gittata di 1000 km (multiplazione di1930 Nobel Prize polarizzazione) Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 51
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana ROADM a griglia flessibile Variable pass bands WSS Power Spectrum• WSS a banda variabile Optical• Consentono di commutare i Frequency supercanali come aggregati Mean power spectral density Power Spectrum• Permettono di ottimizzare la spaziatura delle portanti in funzione della gittata richiesta per il supercanale Optical Frequency Gittata breve Gittata media Spaziatura stretta Gittata lunga Spaziatura larga Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 52
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012Kaleidon: la nuova rete fotonica italianaScenari evolutivi delle reti fotoniche Today’s WSON Scenario 1 Scenario 2 Scenario 3 (SE limit)Channel 50 33.3 33.3 33.3spacing [GHz]Amplification EDFA EDFA RAMAN RAMANOptical 32 32 100 100Bandwidth [nm]N. of DWDM 80 120 360 360channelsTransponders’ 40 100 100 150 100 200 400bit rate [Gbit/s]Transponder’s 3000 2000 1800 700 3600 700 <1000reach [km]Modulation BPSK QPSK QPSK 8QAM QPSK 16QAM Optimizedformat constellation(dual pol.) and coding Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 53
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana Raman Df=33 GHz Analisi di scalabilità di Kaleidon 100/200 Gbit/s Raman EDFA Df=33 GHzDf=33 GHz 400150 Gbit/s Gbit/s EDFADf=50 GHz 40/100 Gbit/s Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 54
  • Politecnico di Milano, 10 dicembre 2012 Kaleidon: la nuova rete fotonica italiana 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 Giuseppe Ferraris © Telecom Italia SpA 2012, tutti i diritti riservati 55