코위버.2016.10.Flexible Grid ROADM 기술.pdf

Flexible Grid ROADM 기술
2016.10.13.
코위버㈜ 이원희

3 맺음말
1 기술 배경
2 Flexible Grid ROADM 기술
4 Q&A

1. 기술 배경
[2020] 50 Billion
Things connected
Source: Verizon
[Today] 2 Billion
People connected
초 연결(Hyper-Connectivity) 사회를 이끄는 5G 기술과 실 세계와 가상 세계에 존재하는
사물들을 네트워크로 상호 연결하는 사물인터넷(IoT)등, 4차 산업혁명의 “지능형 시스템”간
소통과 빅데이터를 공유할 미래 인터넷 전달망에서 저지연, 고품질, 대용량 대역폭을
보장하고, 경제성 있는 망의 유연성과 효율성을 제공 할 전달망이 요구되고 있음…
3

1. 기술 배경
4
Super-Channel의 필요성
 미래 인터넷, 클라우드 네트워크 구축을 위한 테라급 장거리 전달 기술이 요구됨.
 초고속 대용량화에 따른 저전력과 에너지 효율성, 저비용 경제성 확보가 요구됨.
 데이터 트래픽 전달망에서 초고속 대용량화에 따른 유연성과 효율성을 제공할
비트당 데이터 전달 물류비용을 줄일 수 있는 Super-Channel 기술이 요구됨.
50GHz Spacing Fixed Grid 50GHz Spacing Electrical Baud-Rate
10G 10G 40G
• 100G(DP-QPSK, 28/32G Baud-Rate)
• 200G(DP-16QAM, 28/32G Baud-Rate)
50GHz
100G
200G
ITU-T C/L-Band

1. 기술 배경
5
Emergence of Super-Channel
Source: Infinera
 DWDM super-channel
 Unified channel of multiple optical carriers
 Provisioned in a single operational cycle
 Emergence of Super-Channels
 Advantages of Super-Channels
 Very high speed (up to 1 Tb/s)
 Eliminate guard bands between channels
 Increased fiber capacity
 Lower operational complexity
 Many recent experiments, field trials,
and deployments
 400G/500G/800G/1Tb/s
• 100G : DP-QPSK, 28Gbaud, 1-Carrier, 37.5GHz Spacing
• 400G : DP-16QAM, 56Gbaud, 1-Carrier, 75GHz Spacing
• 1Tera : DP-32QAM, 112Gbaud, 1-Carrier, 150GHz Spacing
 Super-Channel은 ROADM의 용량 효율성을 증가시킬 수 있는 기술…
10 λ @ 50GHz
500GHz
10 λ Super-Channel
370GHz

1. 기술 배경
6
Migration to Flex-Grid Super-Channel
 Flexible Grid enables higher spectral efficiency for 400G/1T by allocating multiple
fine granularity slices of spectrum(e.g., n x12.5GHz) based on data rate and format.
375GHz :
37.5GHz(PM-QPSK, 32Gbaud) x 10
375GHz :
375GHz(PM-QPSK, 320Gbaud) x 1
375GHz :
187.5GHz(PM-QPSK, 160Gbaud) x 2
1 Laser, 4 Modulators
320 Gbaud Electronics
 Multi-carrier super-channels은 가장 빠르게 전달망에 적용되고 있는 추세… Source: Infinera

1. 기술 배경
7
모듈레이션에 따른 OSNR과 전송거리(I)
 More Bits per Symbol = Shorter reach(w/Coherent Detection)…
 100G와 Beyond 100G의 모듈레이션 형태에 따른 동일 Bit Rate에 따른 OSNR
Penalty 비교
Increasing… Capacity
Increasing… Reach
2 Bits/Symbol 4 Bits/Symbol 6 Bits/Symbol 8 Bits/Symbol 10 Bits/Symbol 12 Bits/Symbol

1. 기술 배경
8
모듈레이션에 따른 OSNR과 전송거리(II)
 Overview on M-QAM option for 400Gbps and 1Tbps Using 100Gbps and 200Gbps
(PM-16QAM) as reference.(Baud Rate은 7%/ 20%/ 28% FEC Option에 따라 결정됨)
 400G/1T 장거리 전송을 위해서는 Multi carrier 전달, 고속의 Baud Rate이 요구됨…

1. 기술 배경
9
모듈레이션에 따른 OSNR과 전송거리(III)
 동일 Symbol Rate에서 전송 거리
OSNR Penalty/
OSNR(dB)
0
0/11
2
4/18
4/18
Transmission
Distance(Km)
2,500
500
500
C**사 V-III 기준

1. 기술 배경
10
400G/1T 전송 방식
• DP: Dual Polarization
 400G 전송
 Multi-Carrier
• 200G DP-16QAM(28Gbaud, 2λ)
 Single-Carrier
 1T 전송
 Multi-Carrier
 Single-Carrier
• 1T DP-32QAM(112Gbaud, 1λ)
400G 전송
변조 방식: 4-subcarrier DP-QPSK, Long Haul 전송
변조 방식: 2-subcarrier DP-16QAM, 메트로 전송
, 2,500Km
, 500Km
Super-Channel 400G
• QPSK Quadrature Phase Shift Keying • QAM Quadrature Amplitude Modulation

3 맺음말
1 기술 배경
4 Q&A

2. Flexible Grid ROADM 기술
12
ROADM 기능 분류 및 발전 방향
• Data Plane : Zero-Touch Photonics 기반 ROADM Networking 구성 기능
• Management plane : Intelligent 기반 OAM 기능(TL1/Web/App, Mgr, Prv/PM/ALM)
• Control Plane : ASON/GMPLS 기반 자동 노드관리, 회선 연결관리, 회선 절체기능 제공
Colorless
Directionless
Contentionless
Gridless
(Flex/Tunable
grid)
Zero-Touch Photonics ROADM Network
(4-Less CDCF ROADM)
 Poor flexibility and
automation
 Manual provision
required
Multi-Degree
ROADM
+•High Capacity
Och Scalability:
200G/400G/1T, etc
•T-SDN
Legacy & Today, Feature ROADM
High Speed
ROADM

13
CDCF-ROADM 기술
Multi-Degree
Flexible Grid
Input Fiber
VB-WSS Block
Output Fiber
Output Fiber
RX TX
Client
• TFA: Tunable Filter Array
1) MCS(w/Flex Grid TFA)
2) N x M Flex Grid WSS
Flex-Grid Contentionless
Frequency(GHz), Slices 12.5GHz
Flex Grid Slices Spectrum
1) MCS(w/Flex Grid TFA)
2) N x M Flex Grid WSS
• MCS: multicast switch • BV-WSS : Bandwidth Variable Wavelength Selective Switch
 Colorless, Directionless, Contentionless,
 Flexible-Grid (Gridless) for super-channel

14
CDCF-ROADM 장치
• FCP: Fiber Connection Panel with MPO fiber
 Flexible Grid: support super-channels > 50GHz Grid
 Colorless: any channel(λ) to any Mux port
 Directionless: share Mux between multi-directions
 Contentionless: Multiples of same λ can be add/drop
to same Mux
CDCF-ROADM Architecture
Degree-1
Degree-n
Degree-2
•••
Add/Drop
FCP-E
FCP-A/D
16 Add/Drop Port
8 Common Port
Contentionless 기반 Super-Channel
스위칭이 가능한 Dual-MCS모듈
Flexible Grid 기반 Super-Channel
스위칭이 가능한 Twin 1xn WSS 모듈

15
Super-Channel CDC-ROADM Simplify Networks
CDC-ROADM Super-Channel
CDC-ROADM
Degree-2
Degree-3
Degree-n
Degree-1
•••
Degree-2
Degree-3
Degree-n
Degree-1
•••
FCP
FCP
Reduce
Modules&Fibers
 4-Degree CDC-ROADM 기준 Module과 Fiber ¼로 줄일 수 있음…
176 Modules
136 Patch Fibers
40 Modules
32 Patch Fibers

16
OCM Application & Functionality
 Flex Grid OCM과 OPM은 Super-Channels에 대하여 Channel Equalizer(OCM) 기능과
Channel Equalizer & OSNR(OPM) 측정기능 제공…
 Optical Channel Monitor(OCM) or Optical Performance Monitor(OPM) is used
in a ROADM system to monitor WDM traffic through the ROADM node
 Monitor the health of WDM channels/connections through the ROADM node and
provide feedback to network management
 Exact network tuning during
dynamic network actions
 Optimized and reliable long-term
network operation
 Identify faults or loss of signal to
trigger protection schemes
 Key OCM Performance
 Power Accuracy
 Frequency Accuracy
 Resolution
OCM
Dual
1x20
WSS
8D Optical
Cross-connect
12 DROP
8D Optical
Cross-connect
12 ADD
4x1

17
Flex-Grid OCM/OPM
• T-TFF: Tunable-Thin Film Filter
High Resolution Advantage
T-TFF, Lorentzian filter: Poor power/frequency accuracy
MEMS, Gaussian filter: Poor power accuracy
Hi Res. Scanning optical filter: Good accuracy
High Resolution OCM
Scanning optical filter shape
Center Frequency
Configured Channel Integrated Power (3dB)
Left Noise Range Right Noise Range
Noise Tags
Integrated Noise
 Signal analysis features
 Center Frequency of each channel
 Integrated Power-around the measured
center frequency
 Valid Channel detection
 OSNR of each channel
Super-Channel power and in-band OSNR measure
• MEMS: Micro-Electro-Mechanical Systems

18
Flexible Grid ROADM 장치 개요
 주요 기능
 장거리 전송을 위한 광 증폭 기능
• EDFA, RAMAN 증폭기 제공(국사 광역화 및 해저WDM 기능)
 1+1 경로 절체(절체 시간 50ms 이내)
 파장 변환 및 파장 선택적 스위칭 기능
 9-Degree 88채널 ROADM 기능
 O-O-O Switching : 79Tera(9-D, 100G 기준)
 Add/Drop Capacity: 8.8 Tera(9-D, 100G 기준)
 Colorless, Directionless, Flexible Grid 기능 제공
 Encryption 기능 및 양장암호통신 QKD 연동기능 제공
 품질 유지를 위한 측정기능(OSA, OTDR) 제공
 광 링크 구간 감시/제어 및 전송거리 측정 기능
• OSC 채널을 통한 DCC 및 거리 측정 기능
• 가변 색분산 보상(Tunable-DC, Upto 120km) 기능
 다양한 인터페이스 제공(Universal Rate Interface)
• STM-1/4/16/64, OTU-2, 1GbE/10GbE(LAN/WAN), SAN등.
 미래 클라이언트 인터페이스 제공(100GE, OTUC2[200G])
 개요
초연결(Hyper-Connectivity) 시대 사물인터넷(IoT)과 5G로 이동통신의 발전, 온라인 뮤직/동영상, 클라우드 컴퓨팅 등 통신 환경의 변화에
따라 데이터센터/기업망/전화국 간에 폭증하는 유•무선 IP 트래픽에 효과적으로 대처하기 위해, 전달망에서 망의 유연성과 효율성 측면을
보완하여 광신호의 분기/결합(Drop/Add)뿐만 아니라 원격 파장단위 스위칭(O-O-O)기반으로 회선 재배치/재사용(Wavelength Reuse)이
가능하며, End to End One Click Provisioning 기능을 적용하여 원격으로 EMS에서 운용, 유지보수가 가능한 remotely R-OADM 장치임.
TCP/IP
Based
System-IPC
EMS
•••
WMDS-88
WMDS-88
ROADM System Chassis(Master)
ROADM System Chassis(Slave)
ROADM Slave #1
ROADM Slave #n

19
Multi-Degree Flex-Grid OCM 연동 ROADM 기능 블록도
Base Interface
••• •••
Degree별 ROADM Blade Card
의 모니터 단자에 연결된 포트를
이용하여 채널별 광 파워 성능을
수집하여 System Level 단위로
Channel Equalizer기능과 OSNR
결과 Display 수행.
Flex-OSA를 통한 채널별 광 파워 및 OSNR 측정
채널
별
OSNR
측정
값
채널
별
광파워
측정
값
WSS
Power
Splitter
W
S
S
P
o
w
e
r
S
p
l
i
t
t
e
r
W
S
S
P
o
w
e
r
S
p
l
i
t
t
e
r
W
S
S
P
o
w
e
r
S
p
l
i
t
t
e
r
W
S
S
P
o
w
e
r
S
p
l
i
t
t
e
r
WSS
Power
Splitter WSS
Power
Splitter
TTP
TTP
…
TTP
TTP
…
TTP
TTP
…
TTP
TTP
…
AWG AWG AWG AWG
Degree-4
Add/Drop
Degree
Wavelength(Colors)
Degree-1
Degree-3
Degree-9
Degree-2
•••
Flex OCM 채널별 광 파워 측정결과를 이용한 Channel Equalizer 기능
Main CPU Card
ROADM Blade
Card S-1
ROADM Blade
Card S-2
ROADM Blade
Card S-8 OCM(OPM) Card
OTDR Card
• OSA: Optical Spectrum Analyzer
• ROADM: Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexer
• OCM : Optical Channel Monitor
• OTDR: Optical Time-Domain Reflectometer

20
Flexible Grid 기술 시스템 적용(80채널 이상)
 AWG Module과 Flexible Grid Multi-Port WSS Module을 적용한 Hybrid-Mux/Demux Module
Flexible Grid WSS
•••
Fixed Grid AWG
(Flexible Grid Mux/Demux)
(Fixed Grid Mux/Demux)
(1)
•••
•••
(2)
Hybrid-Mux/Demux Module
Flexible Grid
1x40 WSS Module
(향후 N x M WSS 대체 가능)
Flexible Grid
Twin 1x20 WSS Module
(향후 N x M WSS 대체 가능)
Fixed Grid
AWG Module
• WSS: Wavelength Selective Switch • AWG: Arrayed Waveguide Grating • PS: Power Splitter
PS

1 기술 배경
4 Q&A
3 맺음말

3. 맺음말
22
Flexible Grid
Super-channels
CDC ROADM
Super-channel
CDC ROADM
• Super-Channel을 수용하는 신기술
• ROADM의 채널용량을 효율적으로 사용하는 기술
• 새롭게 출현하는 대용량 신호 전달할 신기술
• 네트워크 용량을 효율적으로 유연하게 증설
• 대용량의 멀티 채널의 용이한 운용
• Colorless, Directionless, Contentionless
• L0(λ) 레벨에서 가장 유연하고 효율적인 광 전달 네트워크
• Super-channel을 수용하는 CDCF-ROADM 완성 기술
• OSNR Penalty조건 Modulation-n과 전송거리는 반비례
• 적은 ROADM의 NE로 네트워크를 구성할 수 있는 기술
• 망운용상에서 복잡도를 줄여 용이한 운용
 Flex-Grid 기반 Super-Channel CDC ROADM 기술은
네트워크를 유연하고 효율적으로 운용할 수 있는 “단순화”하는 기술!

별첨) OIF 100G 기술
24 Home
DP/CP/PDM-QPSK Modulation
01 11
10
00
Im{Ex}
Re{Ex}
QPSK1
01 11
10
00
Im{Ex}
Re{Ex}
QPSK2
+ =
4 bit/symbol
112Gb/s Capacity with
28Gb/s Optical Bandwidth
QPSK1 Modulator
QPSK2 Modulator
28Gb/s
28Gb/s
28Gb/s
28Gb/s
Laser 112Gb/s= 28Gbaud
Transmitter Scheme
Lo
Laser
112Gb/s
=28Gbaud
Signal
112GHz Bandwidth
Signal
Processing
(DSP)
4x28Gb/s
ADC
PIN i0
PIN i1
PIN i2
PIN i3
Receiver Scheme
 DP/CP/PDM-QPSK(Coherent)
• DP: Dual-Polarization
• CP: Coherent-detected Polarization-multiplexed
• PDM: Polarization-Division-Multiplexed
• QPSK: Quadrature Phase Shift Keying
112Gb/s Capacity = 28Gb/s Optical Bandwidth
56 GS/s ADC,
DSP ASIC
RX
TX

별첨) OIF 100G 기술
25
Principle of CP-QPSK Modulation Format
Quadrature Phase Shift Keying(QPSK)
25GHz
Bandwidth
4x28GHz
50GHz
Bandwidth
2x56GHz
100GHz
Bandwidth
1x112GHz
V
H
01 11
10
00
Im{Ex}
Re{Ex}
Polarization-Division-Multiplexed(PDM)
2bit/Symbol 2bit/Symbol
100G
광섬유의 색분산 및 편광모드분산
DGD
Polarization Mode
Dispersion
Chromatic
Dispersion
20
10
0
-10
-20
G.652 C/D
광섬유의 특성 곡선
Coherent PDM-QPSK 기술은 빛의 편광, 위상 및 주파수 등으로 변/복조 하여 전송하는 기술
 Polarization, Modulation 다중화, 112Gbps 전송@ 28Baud Rate
 수신부의 Coherent Detection과 DSP 신호처리는 High CD/PMD Tolerance를 제공함(DSP에서 CD/PMD보상함).
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