CC BY
310
Особенности разработки DWDM-систем высокой емкости
Ключевые слова: DWDM, когерентные оптические системы, 100G сигнал, спектральная эффективность, нелинейные эффекты, ёмкость DWDM-систем, дальность передачи.
Представлены результаты разработки российской РМЭМ-систвмы с канальной скоростью 100 Гбит/с и спектральной эффективностью 3 бит/с/Гц. Пропускная способность системы — до 27 Тбит/с по паре оптических волокон. Выполнен обзор зарубежных разработок DWDM-систем сравнимой ёмкости, проведён анализ различных используемых способов повышения спектральной эффективности DWDM-систем. Показано, что усложнение формата модуляции приводит к заметному снижению дальности передачи сигнала. Показано, что системы 1000 на основе модуляции DP-QPSK с плотным расположением каналов по своей спектральной эффективности лишь незначительно уступают существующим системам "4000" на основе модуляции DP-160ДМ, а по произведению максимальной ёмкости на дальность передачи — существенно превосходят их. Проведено исследование характера деградации когерентных оптических сигналов под действием нелинейных эффектов в DWDM-системах высокой емкости. Рассмотрено две основные конфигурации ВОЛС а) Канал 1000 в окружении каналов 100 в линиях с компенсаторами дисперсии; Ь) Канал 1000 в линиях без компенсаторов дисперсии. Показано, что при распространении сигнала в формате DP QPSK совместно с 10 Гбит/с сигналами в формате ООК, сигналы 100 вызывают нелинейные искажения, существенно ухудшающие характеристики сигнала 1000. Однако этот штраф может быть уменьшен на 3-5 дБ за счёт использования специальных алгоритмов обработки принимаемого сигнала. Показано, что в линиях без компенсации дисперсии воздействие нелинейных эффектов ослабляется, становится случайным по своей природе и проявляется на оптическом приемнике как шум. Выведена формула, которая может быть использована для косвенного измерения мощности нелинейного шума на основе измеримых параметров реальной линии. В заключение представлен действующий мировой рекорд по передаче 1000 сигнала, поставленный компанией "Т8": передача десяти каналов 100 Гбит/с на расстояние 500,4 км в однопролетной линии без использования регенерационных пунктов или промежуточных усилителей с электрическим питанием. Экспериментально подтверждены исключительные технические характеристики представленного оборудования.
Трещиков В.Н.,
генеральный директор ООО "Т8", к.ф.-м.н., [email protected] Наний О.Е.,
начальник отдела ООО "Т8", д.ф.-м.н., профессор МГУ, [email protected] Леонов А.В.,
научный консультант ООО 'Т8", к.ф.-м.н., [email protected]
В связи с ростом объемов передаваемой информации потребность в увеличении скорости передачи информации растет на всех уровнях, начиная с локальных сетей и соединений между компьютерами и заканчивая дальними транспортными сетями, охватывающими всю планету. Наиболее остро задача увеличения пропускной способности при сохранении дальности передачи информации без регенерации сигнала стоит в волоконно-оптических сетях дальней связи. Для ее решения в настоящее время во всем мире системы с канальной скоростью 10 Гбит/с и прямым детектированием заменяют когерентными оптическими системами с канальными скоростями 40 и 100 Гбит/с [1-3], Когерентное детектирование в новом поколении систем связи позволяет увеличить объем передаваемой информации, используя спектральное и поляризационное уплотнение каналов, а также спектрально-эффективные форматы модуляции.
В России разработкой 0\УТ)М-систем высокой ёмкости занимается компания «Т8» [4-6]. С 2013 года при поддержке Фонда Сколково реализуется проект по созданию отечественной ОЮТ)М-системы ёмкостью 27 Тбит/с, представленный в настоящей статье. ходе разработки этой системы выполнен анализ деградации сигнала в О\УОМ-системах высокой ёмкости под воздействием нелинейных эффектов, экспериментально подтверждены исключительные характеристики оборудования (поставлен действующий мировой рекорд по скорости и дальности передачи 0\¥0М-сигнала в однопролётной линии). Представлен краткий обзор основных особенностей разработки П\¥ВМ-систем высокой ёмкости.
100G транспондеры DP-QPSK компании «Т8»
В 2012 г. компания «Т8» представила 100G транспондеры и мукспондеры (агрегирующие транспондеры) собственной разработки, а также 100G DWDM-систему «Волга» на их основе, Транспондер обеспечивает передачу клиентского сигнала 100 Гбит/с но оптическому каналу, с возможностью настройки лазера на любой из 96 DWDM-каналов в расширенном С-диапазоне (с шагом 50 ГГц). Мукспондер отличается тем, что агрегирует несколько низкоскоростных клиентских сигналов в один канал. Таким образом, пропускная способность DWDM-системы «Волга» по паре волокон составляет 9,6 Тбит/с.
Транспондеры и мукспондеры «Волга» обладают исключительными техническим характеристикам. Пороговая чувствительность транспондера — всего 12,5 дБ, электронная компенсация дисперсии - до 75000 пс/нм. Благодаря этому» на DWDM-платформе «Волга» с 2012 года было поставлено несколько мировых рекордов в передаче 100 Гбит/с сигнала.
При разработке I00G транспондера использованы наиболее современные технологии - коррекция ошибок So ft К ЕС и когерентный приём сигнала в формате DP-QPSK (Dual Polarization - Quadrature Phase Shift Keying, четырехуровневый фазовый формат модуляции с поляризационным мультиплексированием). Формат DP-QPSK обеспечивает наибольшую эффективность использования независимых параметров светового излучения (фаза и поляризация), рис. I. Благодаря сочетанию высокой спектральной и энергетической эффективности, формат DP-QPSK обеспечивает максимальную производительность систем связи (произведение дальности на суммарную скорость передачи информации).
С использованием платформы «Волга» возможно формирование DWDM-cиcтeмы с пропускной способностью до 700 Гбит/с в одном шасси, до 5 Тбит/с - в одной 19" стойке. Специалистами «Т8» введено в эксплуатацию свыше 55 ООО км ОШОМ-сетей, из них более 10 000 км составляют скоростные 100 Гбит/с каналы. С 2013 года началась разработка ГШОМ-системы нового поколения с пропускной способностью до 27 Тбит/с.
Прототип ЭЛУВМ-системы емкостью 27 Тбит/с
Специалисты компании «Т8» создали прототип DWDM-системы со спектральной эффективностью 3 бит/с/Гц. В стандартной полосе оптического мультиплексора шириной 100 ГГц передаются три когерентных канала 100С (по 33 ГГц на канал), рис. 2, что обеспечивает возможность передачи до 270 каналов 1000 в С+Ь диапазоне. Таким образом, общая пропускная способность созданной ЕНУОМ-системы может достигать 27 Тбит/с.
Важное преимущество созданной системы - возможность работы на существующей сетевой инфраструктуре (в С-диапазоне ёмкость системы составляет 12 Тбит/с). При уплотнении каналов 1000 с использованием стандартной сетки 100 ГГц не требуется замена мультиплексоров или усилителей в промежуточных пунктах сети.
Л Optical Spectrum Any lyzer TTol 4/0/2014
SS Л. С В D ВЛ C-B ■ Device ®
Res : 0,07um VBW: IfcH Smplg : 2001 pt SwpAvg : Sin: 0(1 InM: Oll 11 1 <E;)MOVl»:OV
■
iunli.3
.1'>./|IH|II
RET r \ \_ _L vz
Z/_ \ T~
\ I / f \
l \ / T 1 \
10,2 iO in 1 \ I / \ 1 1 _L
1 \J SV
i_ i
/div 1 1
Wt DfRpl
Level )№et
1 554.99 nin 0.13 nm'div 1 555JH iun in VdMiuiii 1 556.29 Hin
Hwr.
WdVD-Icncth Scale Нек/VBW/ Podk/Op Ave &coich Analysts. Appli calio (
Рис. 2. Спектр суперканала 3x100G в сетке 100 ГГц
В таблице 1 представлены характеристики прототипа «300С в сетке 100 ГГц», разработанного компанией «Т8» (строка 3), в сравнении с существующей системой «Волга» компании «Т8» (строка 1) и различными вариантами реализации систем «400С», которые предлагаются мировыми производителями (строки 4 и 5),
Из таблицы видно, что переход от систем 1 ООО к системам «4000» вовсе не означает повышения пропускной способности системы в 4 раза. Для корректного сравнения пропускной способности различных вариантов В\¥ОМ-систем необходимо учитывать не только канальную скорость, но и ширину спектральной полосы, которую занимает один канал. Для этого используется такой параметр, как спектральная эффективность (плотность информационного потока на 1 Гц спектра).
Теоретический предел спектральной эффективности для модуляции ОР-(^Р8К - 4 бит/с/Гц, для модуляции
ОР-1брАМ - 8 бит/с/Гц. Существующие решения «4000» на основе модуляции ОР-16(^АМ имеют спектральную эффективность в среднем около 4 бит/с/Гц (максимум - 5,3). Ряд статей о реализации 0\!ТОМ-сисгем на основе модуляции ЭР-160АМ был представлен на конференции ОРС в г, Сан-Франциско в марте 2014 г., табл. 2.
Таблица 1
Спектральная эффективность DWDM-систем
№ Тип решения Символьная скорость, Гбод Формат модуляции (число бит ¡¡а символ} Полоса, ГГц Спектральная эффективность, бит/с/Гц
1 1 x I OOCj н сетке 50 ГГц 25 □Р-фРЭК (2*2=4 биг/с) 50 100 Гбит/с/ 50 ГГц = 2
2 1 x400G 100- технически невозможно ПР-(ЗР5К (2*2=4 бит/с)
3 3x1 OOG в сетке 100 ГГц 25 ВР-0Р8К (2*2=4 бит/с) 100 300 Гбит/с / 100 ГГц = 3
4 2x200G в сетке 100 ГГц 25 ОР-160АМ (2*4=8 бит/с) 100.,.75* 400 Гбит/с / 75... 100 ГГц = 4... 5,3
5 1х400С в сетке 100 ГГц 50 - сложно реализовать ОР-160ЛМ (2*4=8 бит/с) 100 (?) 400 Гбит/с/ 100 ГГц = 4
*) Даже при использовании канонам 2x2000 полосы, более узкой, чем 100 ГГц. в реальных сетях придётся задействовать полный канал мультиплексора 100 ГГц.
Таблица 2
Решения «400G», представленные на OFC 2014
Вендор Тип эксперимента Скорость на несущую и ширина спектра Формат передачи Дальность
Alcatcl [7] Real time 2000 па несущую, 50 ГГц (4 Ь/а/Ш) и 37,5 ГГц (5,33) PDM- 16QAM 400 км для 50 ГГц (300 км для 37,5)
Siena [8] Real time 2000 на несущую, 42 ГГц (4.76) DP-16Q AM 410 км
Huawei 191 Offline DSP* осциллограф 2000 на несущую, 50 ГГц (4) PDM- QPSK 3040 км
NEC 1101 Offline DSP* осциллограф 2000 на несущую, 37,5 ГГц (>5) DP-! 60 AM 630 км
NEC [И] Offline DSP* осциллограф 2000 на несущую, 44 ГГц (4.54) DP-8QAM 485 км петля, симуляция 6787 км
Alcatel [12] Offline DSP* осциллограф 400С на несущую, 120 ГГц (3,3) DP-160AM 400 км петля, симуляция 4800 км
*) Offline DSP - приём сигнала на цифровом осциллографе, запись результатов на диск и последующая их обработка на компьютере.
Подчеркнём, что на ОРС 2014 ни один производитель не представил результаты для реального оборудования с 4000 на несущую. Именно поэтому в данной статье мы пишем «4000» в кавычках.
Таким образом, переход от систем с канальной скоростью ЮОв на основе модуляции ЭР-рРЗК к системам «4000» на сегодняшний день позволяет повысить спектральную эффективность в среднем всего в 1,5 раза (в не в 4, как может показаться на первый взгляд).
У
При сравнении экономической эффективности Эи^М-систем необходимо учитывать не только спектральную эффективность, по и дальность передачи (максимальную длину регенерационного участка). Дальность передачи определяется пороговой чувствительностью приёмника (дБ): при каком отношении уровня полезного сигнала к уровню шума в линии он ещё способен принять и расшифровать поступающий сигнал. В технике связи эта величина называется 08ЫК.]р («требуемое отношение сигнал-шум», «требуемый ОЭМЯ»). Чем ниже пороговая чувствительность приёмника - тем лучше. На таком оборудовании можно строить более протяжённые линии связи без регенерации сигнала.
При переходе к более высоким форматам модуляции, пороговая чувствительность приёмника неизбежно ухудшается (возрастает) из-за более плотного расположения состояний сигнала в фазовом пространстве. Поэтому переход к более сложным форматам модуляции влечёт за собой существенное (в несколько раз) снижение дальности передачи, рис. 3.
Ц
II 10 000-
1000 т
100-
///
1000 DWDM-eиcreмa «Волга», Т8 1006 РУ\ГОМ-система 3 бит/с/Гц. Т8, проект 10(Ю ОУ\ЮМ-системы зарубежных производителей 20СЮ ОУУОМ-системы, эксперименты Численное моделирование
ОР-ОРБК
РР-16 ОАМ
10
-1-Г-
15
12,5 дБ
1-1-1-1-Г
20
-20...22 дБ
25 Порог чувствительности приемника | О:" N К ■: >) дБ
Рис. 3, Решения с разной плотностью расположения каналов I ООО
и 2000. Характеристики В\\'ОМ-еистем зарубежных производителей оценены примерно на основе доступных данных, В скобках указана спектральная эффективность
Таким образом, системы ] ООО на основе модуляции 13Р-ОРвК с плотным расположением каналов по своей спектральной эффективности лишь незначительно уступают существующим системам «40(Ю» на основе модуляции ОР-160АМ, а по произведению максимальной ёмкости на дальность передачи - существенно превосходят их.
Деградация сигнала под действием
нелинейных эффектов
Значение 08ЫКф в реальной линии оказывается заметно выше, чем при прямом соединении передатчика с приёмником (Ьаск-Ю-Ьаск, ВТВ), Например, для 100С1 транспондера «Т8» (ЖЫЯ^ на реальных линиях может достигать 17-20 дБ, в то время как OSNRjp.Bin = 12,5 дБ. Разница между OSNT.jp реальной линии и ОХМЯ.р втв называется «штрафом по ОБМЯ» для этой линии.
Причина возникновения штрафа по - деградация
оптического сигнала под действием нелинейных эффектов. В связи с этим особую актуальность приобретает исследование характера деградации когерентных оптических сигналов под действием нелинейных эффектов в Ои^М-системах высокой емкости.
С практической точки зрения, наиболее важен анализ воздействия нелинейных эффектов на когерентную линию связи для двух основных конфигураций ВОЛС:
• Канал 10(Ю в окружении каналов 1(Ю в линиях с компенсаторами дисперсии
• Канал 10(Ю в линиях без компенсаторов дисперсии
Первая конфигурация возникает при развитии существующих магистральных линий связи и постепенном увеличении их пропускной способности за счёт замены некоторых каналов 1СКЗ на когерентные каналы 1 ООО (при этом в части Г^ПМ-каналов продолжают работать традиционные системы связи с прямым детектированием и оптической компенсацией дисперсии). Вторая конфигурация возникает при построении новых линий без компенсаторов дисперсии, сразу рассчитанных на когерентные системы со скоростями 100 Гбит/с и больше.
Исследования показывают, что в коротких ВОЛС или в длинных ВОЛС с компенсаторами дисперсии нелинейные эффекты проявляются в основном в виде искажений формы передаваемых оптических сигналов. В линиях без оптической компенсации хроматической дисперсии механизм нелинейной деградации сигнала оказывается существенно иным и может быть описан как накопление нелинейного интерференционного шума.
10(К7 в окружении ЮС с компенсаторами дисперсии
В линиях, где сигналы в формате ОР 0Р8К распространяются совместно с 10 Гбит/с сигналами в формате ООК., основной причиной штрафа является фазовая кросс-модуляция от каналов 10 Гбит/с [13]. На рис. 4 показана фазовая диаграмма одной из поляризационных компонент ЭР ОРЭК сигнала при распространении б линии совместно с каналом 10 Гбит/с на расстоянии 100 ГГц, Видно, что соседний канал 10 Гбит/с вызывает заметное искажение сигнала ЭР 0Р8К.
в) -1 ЙШ
Рис. 4. Искажение сигнала ОР ОР$К 100 Гбит/с при распространении в линии совместно с сигналом ООК 10 Гбит/с (справа).
Слева - неискажённый сигнал 100 Гбит/с
Таким образом, нелинейные искажения, создаваемые соседними 10 Гбит/с каналами, существенно ухудшают характеристики ЭР QPSK 100 Гбит/с канала. Штраф для канала ¡00 Гбит/с, создаваемый соседними 10 Гбит/с каналами, заметно зависит от числа каналов в 0\УЭМ-системе. Влияние на качество 100в канала оказывают не только соседние, но и удаленные по частоте каналы: например, в линиях на основе волокна N21)8 К необходимо учитывать воздействие до 40 соседних каналов.
Качество передачи 10СЮ сигнала в окружении каналов 1(Ю может быть улучшено в несколько раз за счёт использования специальных алгоритмов обработки. Так, компанией Т8 была реализована новая технология обработки 1 (ХЮ сигнала, которая позволила увеличить запас по (ЖЫЯ более чем в два раза. Выигрыш по качеству сигнала при применении новых алгоритмов обработки составил 3-5 дБ, рис. 5.
что эквивалентно: 1 I
OSNRser OSNRase OSNRpu
откуда:
Р - Р
'NU 1
OSNReer OSNRaseJ
25,0
се ' z
I ir 17,1
1S.0
12 3 4 5 6 7 Врем» настройки параметров приёмника, еуслоенмк едичицак —Ф—2»10G.100GH;.4llOOkin.l(iBrtl —а- 21100.1000Н/.41100кт.311В|И
Рис. 5. Зависимость требуемого от времени настройки
параметров приёмника, канал IООО в окружении двух каналов 100 с интервалом 100 ГГц, линия 4x100 км с компенсацией дисперсии
Полученный результат позволяет добиться значительного эксплуатационного запаса по OSNR даже в тех случаях, где ранее требовалась регенерация сигнала. Применение нового алгоритма обработки сигналов позволяет широко использовать Э\\'ВМ-систему «Волга» для апгрейда существующих □и'ОМ-линий со скоростями 100 путем добавления ЮОв каналов.
Нелинейные искажения в линиях
бел компенсаторов дисперсии
В ВОЛС без оптической компенсации дисперсии оптическое поле приобретает случайный характер из-за дисперсионных эффектов, приводящих к пространственному перекрытию сотен или тысяч передаваемых символов. Вследствие большой накопленной дисперсии воздействие нелинейных эффектов ослабляется, становится случайным по своей природе и проявляется на оптическом приемнике как шум, рис. 6.
Нелинейный шум не регистрируется при измерениях OSNR с помощью оптического спектр-анализатора, поскольку его спектр совпадает со спектром сигнала или незначительно уширяет спектр сигнала. Именно поэтому ОЭК^ф, измеренный с помощью оптического спектр-анализатора на реальной линии, оказывается выше, чем ОЗ^втв.
Если предположить, что нелинейный шум гауссов и линейно суммируется с усиленным спонтанным излучением, то: Р.
с;
(с
г i—
s
и
3"
о %
-П
Ь
о
X I-
о
с; С
Частота v
Рис. 6. Ps - мощность сигнала, PN1 ¡ - мощность нелинейного шума, Pase ~ мощность усиленного спонтанного излучения
Эта формула может быть использована для косвенного измерения мощности нелинейного шума. Измеримыми параметрами реальной линии являются BER до FEC (который измеряется непосредственно транспондером 100G производства «Т8») и OSNRasf. (который может быть измерен оптическим спектр-анализатором). С использованием калибровочной кривой транспондера (взаимосвязь OSNR и ВЕК до FEC в конфигурации «back-to-back»), на основе измеренного BER вычисляется OSNRm.R.
Исследования показывают, что в линиях без компенсации дисперсии нелинейный штраф накапливается медленнее по длине линии, что позволяет достичь существенно большей дальности ВОЛС, рис. 7. [3].
lD
СС
те с та
и
0
1
3" о 5
S
Ж
"■w -»
'ой, /
BER < 10"
%
4
■»t,
^ZiM
ч<
OSNRser =
р +Р
1 ASE т * NU
Расстояние, дБ
Рис. 7. Допустимая входная мощность канала для многопролётных линий с компенсацией дисперсии и без компенсации дисперсии, в зависимости от протяжённости линии
I ROPAS 1
1st Span , pnc
Booster л* 1 „ Ш
if^lb (S) 1.Т.И.У. '
Ж
i 2nd Span i I /К\ I
ROPAS2 EDF
, WDM
WDM
30 dBm Raman Pump Laser
Combined Pump Source
Рис. 8. Схема эксперимента 10 x 100G на 500 км
В 2012 г, компанией «TS» был поставлен мировой рекорд дальности передачи канала 100G в 80-канальной DWDM-системе без компенсаторов дисперсии и без регенерации сигнала: 4000 км [3]. При этом достигнутая дальность передачи была ограничена sie величиной шумов (линейных и нелинейных), а максимальной величиной накопленной хроматической дисперсии, которую может компенсировать цифровой процессор, используемый в DWDM-систем с «Волга», Запас по OSNR позволяет оценить максимальную дальность передачи, ограниченную уровнем шумов, величинами порядка 6-8 тысяч километров.
Эксперимент:
f Тбит/с на 500 км с удалённой накачкой
В ноябре 2013 г. компания «Т8 осуществила передачу десяти каналов 100 Гбнт/с на расстояние 500,4 км в однопро-легной линии без использования регенерационных пунктов или промежуточных усилителей с электрическим питанием [2]. Это достижение является действующим мировым рекордом. Схема эксперимента представлена на рис. 8. Обозначения: DCF - модуль компенсации дисперсии; WDM - оптический разветвите ль; EDF — волокно, легированное эрбием; Booster, Pre-A nip - усилитель мощности и предусилитель, установленные в терминалах линии.
Увеличение длины передачи достигнуто благодаря применению встречного римановского усиления и удаленной накачке эрбиевых усилителей (ROPA). Для модуляции сигнала применялся формат DP-QPSK и когерентный прием. Для передачи сигнала использовалось одномодовое волокно SMF-28 ULL со сверхнизким затуханием и низкой поляризационной модовой дисперсией от компании Corning. В эксперименте использовались 100G транспондеры TS-100E «Волга» (OSNR.p втв = 12,5 дБ) производства компании «Т8».
Бюджет линии - 78,9 дБ. Затухание на пролётах представлено в табл. 3.
Таблица 3
Затухание на пролётах
Липни Затухание, дБ/км Длина, км
Первый пролет 0.162 (1550 им) 52,8
Второй пролет 0.155 (1550 им) 303,3
Третий пролет 0.158 (1550 им) 146,7
ROPA! - доставка 1 0,2/0,159(1480/1550 нм) 50,5
ROPA! - доставка 2 0,2/0,159(1480/1550 нм) 50,4
ROPA2 - доставка 1 0,2/0,159(1480/1550 нм) 147,6
ROPA2 - доставка 2 0,2/0,156(1480/1550 нм) 147,2
На рис. 9 представлены результаты эксперимента. Частота битовых ошибок (BER) во всех десяти каналах 100 Гбит/с не превышала предельный уровень (BER threshold) в течение всего времени проведения эксперимента.
Рге-FEC BER 0.019--
0,016-
0.015
0.014
BER Threshold
—■—ch2i • ch22 , ch23 / » Ch24 ► у ♦ ch25 —ch26 ch27
VVVy41'
Time.
01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 HH:mm
Рис. 9. Результаты Эксперимента (10 каналов): 8-часовое тестирование 13,11.2013(01:00-09:00)
Возможности увеличения ёмкости DWDM-систем
На протяжении многих лет ёмкость DWDM-систем возрастала пропорционально увеличению канальной скорости. При этом удавалось сохранять дальность передачи за счёт различных технических приёмов, прежде всего, благодаря использованию дополнительных степеней свободы светового излучения и развитию технологий коррекции ошибок. Так, при переходе от 2,5G к 10G дальность передачи была сохранена за счёт использования упреждающей коррекции ошибок FEC. При переходе от 10G к 40G - за счёт использования фазовой модуляции DPS К и технологии SiiperFEC. При переходе от 40G к 100G — за счёт когерентного приёма, использования двух поляризаций сигнала (формат модуляции DP-QPSK) и технологии упреждающей коррекции ошибок с мягким принятием решений (Soft FEC).
Однако с появлением систем 100G в этой тенденции наметился перелом. В системах 100G с когерентным приёмом была достигнута предельная эффективность использования независимых параметров светового излучения (фаза и поляризация), дальнейшее усложнение модуляции неизбежно ведёт к существенному падению дальности передачи. Также был достигнут предел символьной скорости передачи, определяемый физическими характеристиками материала: её предельные значения находятся иа уровне 50 Гбод, «ком-
фортные» (с точки зрения реализации на етандартной элементной базе) - на уровне 25 Гбод.
Дальнейшее увеличение ёмкости DWDM-системы может достигаться за счёт уплотнения каналов, расширения спектрального диапазона, использования более сложных форматов модуляции, использования многосердцевинных волокон.
Такие способы, как расширение используемого спектрального диапазона или использование многосердцевинных волокон, требуют капитальных вложений в инфраструктуру сети. В первом случае, требуется замена эрбиевых усилителей и мультиплексоров на всех промежуточных пунктах сети. Во втором случае, требуется замена волоконно-оптических кабелей.
Наибольший интерес для операторов связи представляют такие решения, которые могут быть реализованы па существующей инфраструктуре сети. К таким решениям относятся использование более сложных форматов модуляции и (с некоторыми ограничениями) уплотнение каналов. Как было показано в статье, переход к решениям «3x100G» и «2x200G» (без замены инфраструктуры) уже сегодня позволяет достичь спектральной эффективности 3-4 бит/с/Гц.
Литература
1. S. Gringeri, N. Bitar, and Т. J. Xia. Extending software defined network principles to include optical transport // IEEE Communications Magazine, March 2013, pp. 32-40.
2. Gainov V. V.. Gurkin N. K, Lukinih S.N.. Akopov S.G.. Makovejs S.. Ten S. V.. Nanii O.E.. Treshchikov V.N. Record 500 km unrepeatered 100 Gb s-1 transmission II Laser Physics Letters, Vol. 10 (2013), №7, 075107.
3. N. V. Gurkin. O.E. Nanii. A G. Novikov. S.O. Ptaksin. V.N. Treshchikav, R.R. Ubaydullaev. Nonlinear interference noise in 100-Gbit si communication lines with the DP-OPS К modulation format II Quantum Electronics, Vol. 43 (2013), № 6, pp. 550-553.
4. Гуркин H.B., Трещиков ВН., Новиков А.Г., Наний О.Е. Российское DWDM-оборудование с канальной скоростью 100 Гбит/с II T-Comm: Телекоммуникации и транспорт, 2012, №4, - С. 65-67,
5. Гуркин U.В.. Наний О.Е.. Трещиков В.Н. Производительность когерентных DWDM-систем с канальной скоростью 100 Гбит/с II Вестник связи, 2013, №1. - С. 39-40; №2. - С. 40-42.
6. Наний О.Е.. Трещиков В Н.. Убайдуллаев P.P. Дальность работы и пропускная способность когерентных систем связи // Вестник связи. 2013. - №9. - С. 17-19.
7. Annachiara Pagano. Emilio Riccardi, Marco Bertolini. Vitaliano Farelli, Tony Van De Velde. 400Gb/s Real-time Trial Using Rate-adaptive Transponders for Next Generation Flexible-grid Networks II OFC2014, Tu2B.4.pdf.
8. )'// Rong Zhou. Kevin Smith . Roger Payne, Andrew Lord. Glenn Whalley. Tex Bennett. Erie Maniloff. Savchenko Alexander, and David Boymet. Real-Time Gridless 800G Super-channel Transport Field Trial over 410km Using Coherent DP-16 QAM //OFC 2014, Tu2B3.pdf.
9. Liangcliuan Li. Yanzhao Lit, Ling Liu. Deyuan Chang, Zhiyu Xiao. Yijia Wei. 2Qx224Gbps (56Gbaud) PDM-QPSK. Transmission in 50GHz grid over 3040km G.652 fiber and EDFA only link Using Soft Output Faster than Nyquist Technology//OFC 2014, W3J.2.pdf.
10. Ming-Fang Huang, Shaoliang Zhang. Katsyuki Mino, and Yo-shiaki Aono. Transmission of 400G Dual-Carrier DP-16QAM and Multi-Carrier DP-QPSK Signals over Regional and Long-Haul Distances with Span Lengths Greater than 200 km // OFC 2014, Th4F.3.pdf.
11. Shaoliang Zhang, Fatih Yaman, and Ting Wang. Transoceanic Transmission of Dual-Carrier 400G DP-8QAM at 121.2km Span Length with EDFA-Only // OFC 2014, WlA.3.pdf.
12. G. Ray ban. A. Adamiecki. S. Randel. P. J. IVinzer, Single-Carrier and Dual-Carrier 400-Gb/s and 1.0-Tb/s Transmission Systems II OFC 2014, Th4F-l.pdf.
13. A. Carena. V. Curri, G. Bosco, P. Poggiolini, F. Forghieri. Modeling of the Impact of Non-Linear Propagation Effects in Uncompensated Optical Coherent Transmission Links II Journal of Lightwave Technology, Vol. 30, No. 10, pp. 1524-1539, 2012.
Aspects of development of high capacity DWDM systems
Treshchikov V.N., general director, LLC 'T8", candidate of physical and mahe-matical sciences, [email protected]; Naniy O.E., head of department, LLC 'T8", doctor of physical and mathematical sciences, professor of the Moscow State University, [email protected]; Leonov A.V., scientific consultant, LLC 'T8", candidate of physical and mathe-matical sciences, [email protected]
Abstract. The article presents results of development of Russian DWDM system with a channel rate of 100 Gbit/s and a spectral efficiency of 3 bit/s/Hz. System capacity is up to 27 Tbit/s on a pair of optical fibers. The review of foreign DWDM systems of comparable capacity is performed, and the analysis of various ways of improving spectral efficiency of DWDM systems is conducted. It is shown that the increase of complexity of the modulation format leads to significant decrease of the signal transmis-sion range. It is shown that the spectral efficiency of 100G systems based on the DP-QPSK modula-tion with a dense arrangement of channels are only insignificantly inferior to easting "400G" sys-tems based on DP-16QAM modulation, while the product of maximum capacity by transmission range for such 100G systems significantly excels the same parameter of easting "400G" systems. A study of the degradation of coherent optical signal under the action of nonlinear effects in high-capacity DWDM systems is performed. Two basic configurations of fiber optic lines are considered: a) 100G channel surrounded with 10G channels in lines with dispersion compensators; b) 100G channel in lines without dispersion compensators. It is shown that in case of propagation of the signal in the DP QPSK format together with 10 Gbit/s signal in OOK format, the last ones cause non-linear distortion which significantly degrade 100G signal. However, this penalty may be reduced by 3-5 dB by using special algorithms for processing the received signal. It is shown that in the lines wth-out dispersion compensators, the effect of nonlinear effects is reduced, becomes random and is manifested in the optical receiver as noise. A formula is derived which can be used to indirectly measure the nonlinear noise power based on measurable parameters of the real line. In conclusion, we present the current world record for transmission of 100G signal set by LLC "T8": the transmission of ten 100 Gbit/s channels over a distance of 500.4 km in a single-span fiber optic line without the use of regenerative points or intermediate amplifiers with electrical power. Thus, the exclusive specifications of presented equipment are experimentally confirmed.
Keywords: DWDM, coherent optical systems, 100G signal, spectral efficiency, nonlinear effects, capacity of DWDM systems, distance of transmission.
References
1. S. Gringeri, N. Bitar, and T. J. Xia. Extending software defined network principles to include optical transport / IEEE Communications Magazine, March 2013, pp. 32-40.
2. Gainov V.V., Gurkin NX, Lukinih S.N., AkopovS.G, Makovep S, Ten S.Y, Nanii O.E., Treshchikov V.N. Record 500 km unrepeatered 100 Gb s-1 transmission / Laser Physics Letters, Vol. 10 (2013), No7, 075107.
3. Gurkin N.V, Nanii O.E., NovikovAG, Flaksin S.O., Treshchikov V.N., Ubaydullaev R.R. Nonlinear interfer-ence noise in 100-Gbit s-1 communication lines with the DP-QPSK modulation format / Quantum Electronics, Vol. 43 (2013), No6, pp. 550-553.
4. Gurkin N.V, Treshchikov VN, NovikovAG, Nanii O.E. The Russian DWDM equipment with channel speed of100 Gbit/c / T-Comm, 2012, No4, P 65-67.
5. Gurkin NX Nanii O.E, Treshchikov V.N. Capacity of coherent DWDM systems with channel speed of 100 Gbps / Vestnik Svyazi, 2013, No1, R 39-40; No2, P 40-42.
6. Nanii O.E., Treshchikov V.N., Ubaydullaev R.R. Operating range and bandwidth of coherent communication systems / Vestnik Svyazi. 2013. No9, P 17-19.
7. Annachiara Fagano, Emilio Riccardi, Marco Bertolini, Vitaliano Farelli, Tony Van De Velde. 400Gb/s Real-time Trial Using Rate-adaptive Transponders for Next Generation Flexible-grid Networks / OFC 2014, Tu2B.4.pdf.
8. Yu Rong Zhou, Kevin Smith, Roger Fayne, Andrew Lord, Glenn Whalley, Tex Bennett, Eric Maniloff, Savchen-ko Alexander, and David Boymel. Real-Time Gridless 800G Super-channel Transport Field Trial over 410km Using Coherent DP-16 QAM / OFC 2014, Tu2B.3.pdf.
9. Liangchuan Li, Yanzhao Lu, ling Liu, Deyuan Chang, Zhyu Xiao, Yipa Wei 20x224Gbps (56Gbaud) PDM-QPSK Transmission in 50GHz grid over 3040km G.652 fiber and EDFA only link Using Soft Output Faster than Nyquist Technology / OFC 2014, W3J.2.pdf.
10. Ming-Fang Huang, Shaoliang Zhang, Katsyuki Mino, and Yoshiaki Aono. Transmission of 400G Dual-Carrier DP-16QAM and Multi-Carrier DP-QPSK Signals over Regional and Long-Haul Distances with Span Lengths Greater than 200 km / OFC 2014, Th4F3.pdf.
11. Shaoliang Zhang, Fatih Yaman, and Ting Wang. Transoceanic Transmission of Dual-Carrier 400G DP-8QAM at 121.2km Span Length with EDFA-Only / OFC 2014, W1A.3.pdf.
12. G. Raybon, A. Adamiecki, S. Randel, P J. Winzer. Single-Carrier and Dual-Carrier 400-Gb/s and 1.0-Tb/s Trans-mission Systems / OFC 2014, Th4F1.pdf.
13. A. Carena, V. Curri, G. Bosco, P Foggiolini, F Forghieri Modeling of the Impact of Non-tinear Propagation Ef-fects in Uncompensated Optical Coherent Transmission links / Journal of lightwave Technology, Vol. 30, No10, pp. 1524-1539, 2012.
