L augmentation en débit dans les réseaux de transport optique

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Christelle Fortier
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1 L augmentation en débit dans les réseaux de transport optique Mourad Menif Maître de Conférences Ecole Supérieure des Communications de Tunis (SupCom) GRESCOM Green & Smart Communication Systems Ecole Supérieure des Communications de Tunis

Évolution des réseaux optiques Croissance rapide du trafic des données ( 35 à 40 % annuellement) o Résidentiel et entreprises: volonté de homme à interagir (réseaux sociaux, smarphone, VoD, )

2 Évolution des réseaux optiques Croissance rapide du trafic des données ( 35 à 40 % annuellement) o Résidentiel et entreprises: volonté de homme à interagir (réseaux sociaux, smarphone, VoD, ) Émergence de nouvelles applications (Cloud, VPN, SAN, VLAN, ) o Volume de trafic important, variable, asymétrique, Croissance de la capacité (Cisco s Visual Networking Index) Amélioration de l accès (kb/s, Mb/s, Gb/s) o Nouvelles solutions (DSL/câble, 3G/LMDS, PON) o Faible coût : Gigabit Ethernet (FTTC, FTTB) Évolution de la capacité des liens optiques o Déploiement massif des systèmes DWDM o Augmentation des débits offerts par canal (IEEE 802.3ba 100 Gbps) Dérégulation de l industrie des télécommunications o Plusieurs acteurs (IXC, ISP, câble, ) o Compétition agressive (coût, différenciation de service, ) 2

3 Évolution des réseaux optiques: La fibre est partout du WAN au LAN!! Réseau Sous-marin Mots d ordre: Plus de capacité Plus de portée Plus de transparence Reconfigurabilité Réduction de la consommation électrique Metro ring Metro Metro Ring Réseau coeur Regional DWDM Multireach DWDM Metro Ring Metro Metro Ring Access 3

4 Sommaire Evolution de l efficacité spectrale Description des techniques de modulation et de multiplexage Implémentation des formats de modulation avancés o 40 Gbps DPSK, o 100 Gbps QPSK Exploration des techniques de modulation multi-porteuses (Super Channel) o WDM-Nquist, o OFDM Les modulations adaptatifs (Flex Channel) 4

5 Capacité des systèmes Gb/s Tb/s WDM channels Power Power Power Tendance dans les systèmes de transmission: Une plus grande capacité dans une fibre Taux binaire par canal 2.5 Gb/s 10 Gb/s 40 Gb/s 100 Gb/s Objectif : plus de capacité croissance exponentiel, guidé par le trafic vidéo Records établis 2.5 db/year 0.5 db/year Année Bande passante des EDFAs 50 GHz 100 GHz 50 GHz 10Gbit/s Objectifs escomptés: Augmentation de la capacité totale, pas seulement le débit par canal! Atteindre des portées plus importantes l 40/100Gbit/s l 40/100Gbit/s l

6 Augmentation de l efficacité spectrale Gb/s débit 10 Gb/s débit 100 Gb/s débit 1 Tb/s! débit 8,16, 40 # de canaux 100 # de canaux 100 # de canaux 100 # de canaux Gb/s Capacité 1 Tb/s Capacité 10 Tb/s Capacité 100 Tb/s Capacité ES = ES = 0.2 ES = 2.0 ES = 20! réalisé réalisé IEEE 802.3ba Projeté Lorsque le debit des canaux augmente, la capacité des systèmes augmente seulement si l efficacité spectrale augmentera. Même sans l objectif 2020, la croissance du traffic sera plus importante d un facteur de 10 que celle de la croissance de la capacité 6

7 Les techniques de modulation et de multiplexage FSK, MSK WDM OFDM CoWDM PPM ETDM OTDM Separate fibers Multiple modes Longeur d onde Temps Techniques de modulations et de multiplexages Espace Code Quadrature Polarisation ocdma Amplitude /Phase modulation PolSK Pol. multiplexing Pol. interleaving ETDM: Electronic time-division multiplexing OTDM: Optical time-division multiplexing PolSK: Polarization shift keying FSK: Frequency shift keying PPM: Pulse-position modulation MSK: Minimum shift keying QPSK 8-PSK 16-QAM WDM: Wavelength-division multiplexing OFDM: Orthogonal frequency-division multiplexing CoWDM: Coherent WDM ocdma: Optical Cade division multiple access QPSK: Quadrature phase shift keying 7

Power Power Power Tendance dans les systèmes de transmission: Les techniques de modulations implémentées 50 GHz l 10 Gbit/s NRZ capacité = 80 Gbit/s Efficacité 20% 0 +1 100 GHz l 40 Gbit/s DPSK

8 Power Power Power Tendance dans les systèmes de transmission: Les techniques de modulations implémentées 50 GHz l 10 Gbit/s NRZ capacité = 80 Gbit/s Efficacité 20% GHz l 40 Gbit/s DPSK capacité = 160 Gbit/s 40% GHz l 100 Gbit/s Coherent PDM-QPSK capacité = 800 Gbit/s 200% T.M. T.E. Augmentation du débit Augmentation du bit/symbole Utilisation de plusieurs porteuses 8

Les techniques de modulations implémentées 10Gb/s par canal 80 canaux = 800Gb/s Un émetteur simple, un récepteur simple sans traitement de signal 100Gb/s par

9 Les techniques de modulations implémentées 10Gb/s par canal 80 canaux = 800Gb/s Un émetteur simple, un récepteur simple sans traitement de signal 100Gb/s par canal 80 canaux = 8Tb/s Un émetteur complexe, un étage de réception très complexe avec un traitement de signal (DSP) très important Modulateur Photodétecteur 9

10 Implémentation de la modulation de phase 10

11 Détection directe vs. cohérente Donnée dans un seul état de polarisation (SOP) Détection directe Détection cohérente Photodiode Circuit de décision Taux d erreur binaire Polarizationmultiplexed data Local Oscillator (cw laser) Polar. Beam splitter 3dB l/4 l/4 Coherent Mixer Half mirror Half mirror Photodiodes Analog-to- Digital Converters ADC ADC ADC Digital Signal Processing DSP Taux d erreur binaire Fiber out 4 ADC 11

12 CD comp. Digital Clock Recovery Frequency and Carrier Phase recovery Symbol identification BER & Q ² CD comp. Polarization Demultiplexing and Equalization Frequency and Carrier Phase recovery Symbol identification BER & Q ² Tendance dans les systèmes de transmission: Détection cohérente et traitement numérique QPSK PD1 ADC PD2 ADC j PD3 ADC j PD3 ADC Échantionné à 2 fois le débit symbole Digital Signal Processing 12

13 Qu est ce qui a changé? A l émergence du DWDM Modulation d amplitude Détection Directe Grille des fréquences ITU Modulation de phase Détection Cohérente Grille des fréquences ITU Actuellement 13

14 Quels changements pour le Terabit? A l émergence du DWDM Modulation d amplitude Détection Directe Grille des fréquences ITU Quadrature Amplitude Modulation (QAM) Modulation de phase Combinaison et séparation Détection d onde cohérente Cohérente Grille FlexChannels des fréquences (sans grille) ITU Quels changements pour demain 14

Pénalité OSNR (db) Tendance dans les systèmes de transmission: Le problème des mono-porteurs à 1 Tbps 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 En 2014 des ADCs ~64GBaud seront

15 Pénalité OSNR (db) Tendance dans les systèmes de transmission: Le problème des mono-porteurs à 1 Tbps En 2014 des ADCs ~64GBaud seront opérationnel PM-BPSK 640GBaud PM-QPSK 320GBaud PM-8QAM 210GBaud PM-32QAM PM-16QAM 160GBaud PM-64QAM 128GBaud 105GBaud Nombre de bits/symbole 15

16 Plus d efficacité avec les Super-Channels Une porteuse 500Gb/s SC-PM-QPSK Dual Carrier 500Gb/s DC-PM-QPSK Dix porteuses 500Gb/s 10C-PM-QPSK 190 GHz 1 Laser 4 modulateurs Electronique à 160 Gbaud ~7 ans 190 GHz 2 Lasers 8 modulateurs Electronique à 80 Gbaud ~5 ans 190 GHz 10 Lasers 40 Modulateurs Electronique à 16 GBaud Déjà disponible 16

Plus d efficacité avec les Super-Channels Filtrage conventionnel d un canal WDM 1Tb/s Bande de garde (40-50% du spectre) pour permettre un demultiplexage individuel

17 Plus d efficacité avec les Super-Channels Filtrage conventionnel d un canal WDM 1Tb/s Bande de garde (40-50% du spectre) pour permettre un demultiplexage individuel de chaque canal FlexChannel multi-porteur 1Tb/s Groupes étroitement emballés de longueurs d'onde Moins de bande de garde Récupération de 25% dans le spectre des EDFAs 17

18 Modulation FlexChannel FlexChannel: adaptation du format de modulation en fonction des performances du canal et de la portée du lien 6000 PM-QPSK PM-BPSK PM-8QAM PM-16QAM Portée Capacité 18

19 Augmentation de la portée et de l efficacité spectrale A B C D E 10x100G PM-QPSK 1Tb/s PM-QPSK FlexChannel 1Tb/s PM-8QAM FlexChannel 1Tb/s PM-16QAM FlexChannel ou D après Infinera Corporation 19

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