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MOTIVACIÓN Y ÁMBITO DEL PROYECTO

El OIF (Optical Internetworking Forum ) creó un proyecto 100G DWDM con la intención de acelerar la disponibilidad de la tecnología de transmisión a 100 Gbps para redes DWDM de larga distancia. Estableció un documento marco donde se recoge lo que se espera del desarrollo de estas interfaces:

  • La modulación  escogida: DP-QPSK con detección coherente  y el porqué de esta elección.
  • Identifica una arquitectura funcional para un módulo transceptor y la descompone en diferentes bloques
  • Añade los aspectos más relevantes para la implementación, para los que hay que llegar a un acuerdo, de manera que se fundamente  una interoperabilidad básica

Las aplicaciones de Red tienen como meta y objetivos los siguientes aspectos:

  • Los canales de 100 Gbps, requieren intrínsecamente una OSNR 10 veces superior a los canales de 10 Gbps. Esto supone unas restricciones de tolerancia muy exigentes respecto al ruido de emisión espontánea de los amplificadores ópticos existentes.
  • Además es necesario que tanto el coste como el consumo de la interfaz de 100Gbps sea menor que 10 veces el coste de una interfaz de 10 Gbps,
  • El requisito de mantener la rejilla de 50 GHz hace que sea necesario el uso de una modulación mas eficiente que la de las interfaces de 10 Gbps
  • El requisito de tolerancia mas alta al ruido implica escoger una modulación y un receptor que tengan la tolerancia al ruido mas alta
  • FEC es una herramienta adicional que permite esta mejora,
  • La industria ha aprendido de la experiencia con los 40 Gbps que con técnicas ópticas pueden mitigarse la CD yla PMD, pero incrementando costes y espacio.
 ARQUITECTURA DEL TRANSCEPTOR

MÓDULO DE TRANSMISIÓN DP-QPSK

El proyecto asumió la modulación DP-QPSK (Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying ) con recepción coherente como la óptima para cumplir todos los requisitos impuestos, fundamentalmente debido a la baja velocidad de símbolo que reduce el impacto de la dispersión cromática además de una mejor eficiencia espectral.

A continuación, detallamos el modo de funcionamiento de un módulo de transmisión DP-QPSK:

  • Un láser de transmisión genera la señal de luz que se divide en cuatro componentes, dos para la polarización horizontal y dos para la polarización vertical.
  • El desplazador de la polarización (Pol Rot) gira una de las señales en relación con la otra.
  • Después ambas señales se combinan para generar una única señal
  • En cada polarización hay una señal en fase y la otra en cuadratura de fase y cada una de ellas requiere de un modulador para codificar los datos.
  • Los moduladores representan una interesante oportunidad de  reducción de coste y tamaño, ya que son candidatos a la integración como dispositivos. El OIF ha creado un proyecto específico para desarrollar este aspecto.

 MÓDULO DE RECEPCIÓN DP-QPSK

El módulo de recepción DP-QPSK consiste en una serie de componentes ópticos pasivos que forman un demodulador, seguido de detectores ópticos y amplificadores de transimpendancia. Se pueden aplicar tecnologías de integración para reducir costes y tamaños del transceptor.

El OIF  creará especificaciones para acuerdos de implementación para el módulo de recepción integrado.

FEC

La necesidad de una OSNR 10 veces superior a la de las señalas de 10 Gbps se enfocará mediante la combinación de varios métodos, uno de los cuales serán las técnicas FEC.

Los enlaces de 10G usan FEC que producen ganancias de 8.5 dB, por lo que hay que introducir FEC de mayor ganancia para acercarnos a la OSNR requerida en los 100 Gbps. En cambio el límite de Shannon impide que se cubra por completo el recorrido necesario, por lo que los diseños de FEC sólo podrán acercarse asintóticamente a dichos límites.

Se obtienen diferentes ganancias con FEC en función de la velocidad de las cabeceras, pudiendo adoptar dos técnicas diferentes de decodificación:

  • En la decodificación dura hay un discriminador que elige 0 o 1
  • En la blanda, divide el espacio de la señal en franjas mas pequeñas y se usa una información mas rica para elegir entre 1 y 0

Parece que el FEC de decisión suave presenta más ganancia, pero también impone mayores requisitos en la transferencia de datos entre el DSP y el decodificador FEC

Se necesita trabajo adicional para identificar mejoras en la ganancia y para ello el OIF ha creado un proyecto específico que ha originado en mayo de 2010, como primer paso el Whitepaper del FEC.

Algunas consideraciones de cara a la implementación serían:

  • Las implementaciones que usan un overhead del 7% (típicos en la transmisión de 10Gbps) pueden incluir el FEC dentro o fuera del módulo, ya que la interfaz eléctrica de alta velocidad podría asumir el incremento de velocidad
  • Los FEC que utilicen menos de un 7% de overhead tienden a usar codificación dura
  • Los FEC que utilicen implementaciones de mas de 7% de overhead tienen que ser instalados dentro del módulo (sin interfaz con el DSP) debido a las limitaciones de velocidad del mismo.

MÓDULOS ELECTROMECÁNICOS

Respecto a los módulos electromecánicos, las especificaciones incluirán

  • Tamaño máximo
  • Disipación máxima
  • Interfaz eléctrica
  • Conector
  • Protocolo de control

 Todos los bloques estarían incluidos en una única placa de circuito impreso

El módulo electromecánico incluye láser, fotónica integrada, codificadores QPSK, convertidores A/D y DSP, puede incluir opcionalmente el FEC cuando sea ventajosa su integración.

TRANSMISIÓN

  • Los datos se enmarcan de acuerdo a las especificaciones de OTN antes de aplicar el FEC
  • La señal entonces pasa al módulo transceptor
  • Los datos se convierten para controlar los moduladores ópticos
  • Un láser de transmisión proporciona la fuente de luz para los moduladores

RECEPCIÓN

  • La señal entrante se mezcla con un oscilador local
  • Demodulado sus componentes, detectado, amplificado y digitalizado entonces llega al DSP
  • Un flujo de bits llega al decodificador FEC que puede estar dentro o fuera del módulo
  • El paso final es el entramado OTN
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