eng
Выпуск #5/2008
Р.Людвиг и др.
Передача OTDM-сигнала со скоростью 160 Гбит/с на расстояние 480 км c кодом коррекции ошибок
Передача OTDM-сигнала со скоростью 160 Гбит/с на расстояние 480 км c кодом коррекции ошибок
Просмотры: 2449
Опубликованные в работе [1] и представленные ниже результаты экспериментов по передаче OTDM-сигнала показывают преимущества использования формата RZ-DPSK для представления двоичных данных в комбинации с упреждающим кодированием, корректирующим ошибки (FEC). В эксперименте имитировалась передача сигнала со скоростью 160 Гбит/с через секцию длиной 480 км с тремя 160-км пролетами по волокну с управлением дисперсией (DMF).
Системы передачи, использующие длинные пролеты, привлекательны тем, что такие пролеты позволяют значительно экономить капитальные и текущие затраты на создание сети. Известны результаты только нескольких экспериментов на скорости передачи 160 Гбит/с в сети с пролетами длиной более 100 км [2, 3]. В большинстве экспериментов использовались усилители Рамана, которые увеличивают стоимость и сложность системы в целом и добавляют проблемы безопасности. Пролеты длиной 150 км применяются, как правило, в экспериментах на однопролетных секциях [4–6]. Кроме этого, в опубликованных до сих пор результатах экспериментов со скоростью 160 Гбит/с использование упреждающей коррекции ошибок типа FEC эмулируется путем простого увеличения скорости передачи, учитывающего кодовую избыточность, при этом реальное FEC-оборудование не используется (т.е. вместо потока в 160 Гбит/с транслируется тестовый поток со скоростью, например, 172 Гбит/с, как если бы в нем присутстовавали контрольные суммы FEC. – Прим. ред.). Более того, применение кодирующего FEC-блока требует предварительного DPSK-кодирования, которое также отсутствует в большинстве упомянутых экспериментов.
Мы провели эксперимент по одноканальной (без изменения поляризации) передаче двоичного потока на расстояние 480 км по волокну с управлением дисперсией на скорости 172 Гбит/с (скорость потока 160 Гбит/с с учетом избыточности кода FEC) с линейным кодом RZ-DSPK. В эксперименте применялось коммерческое аппаратное обеспечение, реализующее кодирование DPSK и FEC. Линия передачи (ВОЛС) была составлена из трех пролетов длиной 160 км каждый, использующих волокно с управлением дисперсией. Потери на затухание порядка 36 дБ/пролет компенсировали только усилители типа EDFA. Было показано, что передача потока по ВОЛС не влияет на эффективность кодирования FEC.
Эксперимент
На рис.1 показана блок-схема эксперимента, включающая приемопередатчик (трансивер) линейного кода DPSK и собственно звено передачи. В передатчике благодаря использованию настраиваемого лазера с синхронизацией мод (TMLL, шириной импульса 10,75 ГГц длиной волны 1553 нм) и блока умножения с фазовой стабилизацией создается поток оптических импульсов частотой 43 ГГц и шириной импульса 1,8 пс. С помощью схемы приемопередатчика DPSK поток импульсов 43 ГГц модулируется двухтактным модулятором Маха-Цендера с пиковым управляемым напряжением 2 В. Приемопередатчик включает кодер линейного кода DPSK и усовершенствованный кодер упреждающей коррекции ошибок FEC (UFEC) (он дает дополнительный выигрыш 2 дБ в отношении сигнал/шум (С/Ш) по сравнению со стандартным кодером FEC типа Рида-Соломона (255, 239) при показателе битовых ошибок BER=10-16. – Прим. ред.). Контур управления параметрами передатчика обеспечивал устойчивую работу схемы передатчика, реализующего скорость передачи 43 Гбит/с. В качестве тестовой последовательности использовалась псевдослучайная двоичная последовательности (PRBS) длиной 231-1. Однако после UFEC-кодера DPSK-сигнал сигнал терял структуру PRBS. Сигнал мультиплексировался в поток 172 Гбит/с (4?43) с помощью оптического мультиплексора (OMUX). Мультиплексор был сконструирован так, чтобы сохранить структуру PRBS длиной 27-1 в потоке 172 Гбит/с. Для этого использовалась задержка в 63,5 бита на каскад, которая обеспечивала достаточную некоррелированность отдельных оптических трибов (компонентных сигналов), сформированных по технологии оптической TDM (OTDM).
Поток данных передавался через три 160-км пролета по волокну типа Ultrawave с управлением дисперсией компаниии OFS Denmark. Каждый пролет состоял из последовательно соединенных двух пар сегментов с волокном с очень большой площадью поперечного сечения. Один сегмент длиной 53 км и использовал волокно с положительной дисперсией D=20 пс/нм/км, другой – волокна с отрицательной дисперсией D=-40 пс/нм/км длиной 27 км. В сумме длина каждой пары составляла 80 км, а двух пар – 160 км. Средние потери на пролете порядка 36 дБ компенсировались усилителями EDFA. В процессе эксперимента мощность Psp на входе пролетов менялась от 6 до 14 дБм (средняя дисперсия групповых скоростей (DGD) для пролета при этом составила порядка 0,4 пс). Отметим, что в рамках эксперимента на линии передачи не использовались контроллеры поляризации или какие-то дополнительные устройства компенсации дисперсии, а также не применялись меры по ослаблению влияния поляризационной модовой дисперсии (PMD) .
В приемном тракте сигнал усиливался с помощью EDFA и подавался на демультиплексор, состоящий из схемы восстановления синхронизации, основанной на электроабсорбционном модуляторе (EAM) [7], и оптического переключателя, также с EAM. В результате демультиплексирования сигнала формировался поток 43 Гбит/с, который фильтровался оптическими фильтрами с полосой пропускания 2 нм, а затем детектировался в приемной части трансивера. Приемник включал интерферометр с линией задержки 23,3 пс (DLI), балансный детектор и UFEC-декодер. Параметры приемника (то есть смещение DLI, уровень порога принятия решения и т.д.) автоматически настраивались на оптимальный уровень BER, требуемый для UFEC. В режиме непосредственных измерений (back-to-back или B2B) оптическое отношение С/Ш (OSNR) настраивалось с помощью переменного оптического аттенюатора (VOA), вставленного между передатчиком и предусилителем приемной части. В процессе экспериментов настраивалась входная мощность каждого пролета.
Результаты
На рис.2 показана глазковая B2B-диаграмма, полученная при использовании балансного фотодетектора для отношения OSNR > 40 дБ. Она демонстрирует широкое открытие глазка и отсутствие каких-либо искажений. При низкой входной мощности качество сигнала ухудшается, главным образом тз-за низкого значения OSNR. Но благодаря высокому качеству волокна Ultrawave практияески не наблюдалось уширение импульса, вызванное остаточной дисперсией и PMD.
Значения BER при использовании UFEC в зависимости от отношения OSNR для конфигурации B2B до и после передачи на 480 (3?160) км приведены на рис.3. Для получения уровня ошибок BER=10-9 при скорости 172 Гбит/с, кодировании UFEC и конфигурации B2B требуется отношение OSNR 24,8 дБ, тогда как при скорости 43 Гбит/с достаточно иметь OSNR=18,3 дБ. Соответственно, для получения такого же значения BER при декодировании UFEC, но применительно к детектированному потоку 160 Гбит/с, требуется отношение OSNR=18,3 дБ (тогда как при 40 Гбит/с – только 13,3 дБ). При передаче на расстояние 3?160 км полученное отношение OSNR менялось за счет изменения мощности Psp на входе конкретного пролета.
При входной мощности ниже 10 дБм уровень нелинейных эффектов незначителен, следовательно, показатели системы определяются только ухудшением отношения OSNR, вызванным уменьшением мощности сигнала на входе пролета. Поведение системы практически совпадает со случаем B2B. Для более высокой мощности на входе пролета (при OSNR > 22 дБ) сигнал ухудшался из-за нелинейных эффектов в волокне, используемом для передачи.
Оптимальные показатели системы были получены при уровне входного сигнала на входе каждого пролета 11,5 дБм, что соответствовало уровню BER 10-6 при кодировании кодом типа UFEC. При уровне мощности на входе пролета выше 12 дБм сигнал ухудшается из-за нелинейных искажений в волокне, что приводит к деградации показателей всей системы в целом. В пределах точности измерений показатели BER, полученные при передаче сигнала на 480 км и декодировании кода типа UFEC, совпадали с показателями для случая B2B. В ходе эксперимента не наблюдалось спорадического ухудшения эффективности кодирования кодом UFEC. Относительные изменения между четырьмя оптическими трибами OTDM были незначительны. Так как эти изменения зависели от относительных фаз в оптическом мультиплексоре OMUX, то измерения повторялись несколько раз. Типичные значения для отдельно полученных показателей BER для кода UFEC – 1,3 / 1,4 / 2,9 / 2,8•10-6 при отношении OSNR=22 дБ.
На рис.4 показано изменение оптического спектра сигнала после передачи на 480 км при изменении мощности на входе пролета Psp от 6 до 14 дБм с шагом 2 дБ. Виден некоторый наклон спектральной характеристики такого излучения, особенно характерный для большой мощности на входе пролета. Однако это существенно не отражается на передаче одного волнового канала.
Итак, представлены результаты передачи сигнала со скоростью 172 Гбит/с на расстояние 480 км по ВОЛС с управлением дисперсией при использовании модуляции RZ-DPSK для базовой скорости данных 43 Гбит/с. Схема приемопередатчика для скорости сигнала 43 Гбит/с формата DPSK включала кодер DPSK, улучшенную схему упреждающего помехоустойчивого кодирования UFEC и соответствующий декодер, интерферометр с линией задержки и балансный детектор, а также необходимые ответвления для измерения всех параметров.
Линия связи ВОЛС состояла из трех пролетов длиной по 160 км каждый. Оптические потери порядка 36 дБ/пролет компенсировались путем использования усилителей EDFA. До передачи, использующей помехоустойчивое кодирование UFEC, был обеспечен уровень BER=10-6 для всех четырех 43 Гбит/с оптических трибов с системным запасом порядка 5 дБ по отношению к порогу UFEC. Для средних значений входной мощности значения BER, полученные на выходе конфигурации B2B (при учете дополнительного шума нагрузки) и после передачи на 480 (3?160) км, практически совпадали. При входной мощности выше 11,5 дБм исходный уровень BER, используемый для работы с UFEC, ухудшался из-за нелинейных эффектов в оптическом волокне. Во всех случаях не наблюдалось спорадического ухудшения эффективности работы кодера UFEC. Полученные результаты указывают, что при скорости 160 Гбит/с даже при применении сверхдлинных пролетов длиной 160 км можно использовать линию передачи длиной не меньше 1000 км.
Литература
1. R.Ludwig et al. 160 Gb/s RZ-DPSK OTDM-transmission over 480 km using 160 km repeater spans and advanced FEC. – Proc. OFC’07, Paper OWE-4, 2007.
2. A.Gnauck et al. 1-Tb/s (6?170.6 Gb/s) transmission over 2000-km NZDF using OTDM and RZ-DPSK format. – IEEE Photon. Technol. Lett., 2003, Vol.15, p.1618.
3. S.Weisser et al. 170 Gbit/s single-polarization transmission over 650 km SSMF with 130 km spans using RZ-DPSK. – Proc. OFC’05, Paper OFF4, 2005.
4. R.Ludwig et al. Unrepeatered 160 Gbit/s RZ single channel transmission over 160 km of standard fiber at 1.55 mkm with hybrid MZI optical Demux. – Proc. ECOC’00, Paper 6.1.3, Munich, Germany, 2000.
5. J.Yu et al. 160 Gb/s single-channel unrepeatered transmission over 200 km of NZDSF. – Proc. ECOC’01, PD.M.1.10, Amsterdam, The Netherlands, 2001.
6. M.Schneiders et al. Field transmission of 8?170 Gb/s over high-loss SSMF link using 3rd-order distributed Raman amplification. – J. of Lightwave Technol., 2006, Vol.24, No.1.
7. C.Boerner et al. 320 Gbit/s clock recovery with electro-optical PLL using a bidirectionally operated electroabsorption modulator as phase comparator. – Proc. OFC’05, Paper OTuO3, 2005.
Мы провели эксперимент по одноканальной (без изменения поляризации) передаче двоичного потока на расстояние 480 км по волокну с управлением дисперсией на скорости 172 Гбит/с (скорость потока 160 Гбит/с с учетом избыточности кода FEC) с линейным кодом RZ-DSPK. В эксперименте применялось коммерческое аппаратное обеспечение, реализующее кодирование DPSK и FEC. Линия передачи (ВОЛС) была составлена из трех пролетов длиной 160 км каждый, использующих волокно с управлением дисперсией. Потери на затухание порядка 36 дБ/пролет компенсировали только усилители типа EDFA. Было показано, что передача потока по ВОЛС не влияет на эффективность кодирования FEC.
Эксперимент
На рис.1 показана блок-схема эксперимента, включающая приемопередатчик (трансивер) линейного кода DPSK и собственно звено передачи. В передатчике благодаря использованию настраиваемого лазера с синхронизацией мод (TMLL, шириной импульса 10,75 ГГц длиной волны 1553 нм) и блока умножения с фазовой стабилизацией создается поток оптических импульсов частотой 43 ГГц и шириной импульса 1,8 пс. С помощью схемы приемопередатчика DPSK поток импульсов 43 ГГц модулируется двухтактным модулятором Маха-Цендера с пиковым управляемым напряжением 2 В. Приемопередатчик включает кодер линейного кода DPSK и усовершенствованный кодер упреждающей коррекции ошибок FEC (UFEC) (он дает дополнительный выигрыш 2 дБ в отношении сигнал/шум (С/Ш) по сравнению со стандартным кодером FEC типа Рида-Соломона (255, 239) при показателе битовых ошибок BER=10-16. – Прим. ред.). Контур управления параметрами передатчика обеспечивал устойчивую работу схемы передатчика, реализующего скорость передачи 43 Гбит/с. В качестве тестовой последовательности использовалась псевдослучайная двоичная последовательности (PRBS) длиной 231-1. Однако после UFEC-кодера DPSK-сигнал сигнал терял структуру PRBS. Сигнал мультиплексировался в поток 172 Гбит/с (4?43) с помощью оптического мультиплексора (OMUX). Мультиплексор был сконструирован так, чтобы сохранить структуру PRBS длиной 27-1 в потоке 172 Гбит/с. Для этого использовалась задержка в 63,5 бита на каскад, которая обеспечивала достаточную некоррелированность отдельных оптических трибов (компонентных сигналов), сформированных по технологии оптической TDM (OTDM).
Поток данных передавался через три 160-км пролета по волокну типа Ultrawave с управлением дисперсией компаниии OFS Denmark. Каждый пролет состоял из последовательно соединенных двух пар сегментов с волокном с очень большой площадью поперечного сечения. Один сегмент длиной 53 км и использовал волокно с положительной дисперсией D=20 пс/нм/км, другой – волокна с отрицательной дисперсией D=-40 пс/нм/км длиной 27 км. В сумме длина каждой пары составляла 80 км, а двух пар – 160 км. Средние потери на пролете порядка 36 дБ компенсировались усилителями EDFA. В процессе эксперимента мощность Psp на входе пролетов менялась от 6 до 14 дБм (средняя дисперсия групповых скоростей (DGD) для пролета при этом составила порядка 0,4 пс). Отметим, что в рамках эксперимента на линии передачи не использовались контроллеры поляризации или какие-то дополнительные устройства компенсации дисперсии, а также не применялись меры по ослаблению влияния поляризационной модовой дисперсии (PMD) .
В приемном тракте сигнал усиливался с помощью EDFA и подавался на демультиплексор, состоящий из схемы восстановления синхронизации, основанной на электроабсорбционном модуляторе (EAM) [7], и оптического переключателя, также с EAM. В результате демультиплексирования сигнала формировался поток 43 Гбит/с, который фильтровался оптическими фильтрами с полосой пропускания 2 нм, а затем детектировался в приемной части трансивера. Приемник включал интерферометр с линией задержки 23,3 пс (DLI), балансный детектор и UFEC-декодер. Параметры приемника (то есть смещение DLI, уровень порога принятия решения и т.д.) автоматически настраивались на оптимальный уровень BER, требуемый для UFEC. В режиме непосредственных измерений (back-to-back или B2B) оптическое отношение С/Ш (OSNR) настраивалось с помощью переменного оптического аттенюатора (VOA), вставленного между передатчиком и предусилителем приемной части. В процессе экспериментов настраивалась входная мощность каждого пролета.
Результаты
На рис.2 показана глазковая B2B-диаграмма, полученная при использовании балансного фотодетектора для отношения OSNR > 40 дБ. Она демонстрирует широкое открытие глазка и отсутствие каких-либо искажений. При низкой входной мощности качество сигнала ухудшается, главным образом тз-за низкого значения OSNR. Но благодаря высокому качеству волокна Ultrawave практияески не наблюдалось уширение импульса, вызванное остаточной дисперсией и PMD.
Значения BER при использовании UFEC в зависимости от отношения OSNR для конфигурации B2B до и после передачи на 480 (3?160) км приведены на рис.3. Для получения уровня ошибок BER=10-9 при скорости 172 Гбит/с, кодировании UFEC и конфигурации B2B требуется отношение OSNR 24,8 дБ, тогда как при скорости 43 Гбит/с достаточно иметь OSNR=18,3 дБ. Соответственно, для получения такого же значения BER при декодировании UFEC, но применительно к детектированному потоку 160 Гбит/с, требуется отношение OSNR=18,3 дБ (тогда как при 40 Гбит/с – только 13,3 дБ). При передаче на расстояние 3?160 км полученное отношение OSNR менялось за счет изменения мощности Psp на входе конкретного пролета.
При входной мощности ниже 10 дБм уровень нелинейных эффектов незначителен, следовательно, показатели системы определяются только ухудшением отношения OSNR, вызванным уменьшением мощности сигнала на входе пролета. Поведение системы практически совпадает со случаем B2B. Для более высокой мощности на входе пролета (при OSNR > 22 дБ) сигнал ухудшался из-за нелинейных эффектов в волокне, используемом для передачи.
Оптимальные показатели системы были получены при уровне входного сигнала на входе каждого пролета 11,5 дБм, что соответствовало уровню BER 10-6 при кодировании кодом типа UFEC. При уровне мощности на входе пролета выше 12 дБм сигнал ухудшается из-за нелинейных искажений в волокне, что приводит к деградации показателей всей системы в целом. В пределах точности измерений показатели BER, полученные при передаче сигнала на 480 км и декодировании кода типа UFEC, совпадали с показателями для случая B2B. В ходе эксперимента не наблюдалось спорадического ухудшения эффективности кодирования кодом UFEC. Относительные изменения между четырьмя оптическими трибами OTDM были незначительны. Так как эти изменения зависели от относительных фаз в оптическом мультиплексоре OMUX, то измерения повторялись несколько раз. Типичные значения для отдельно полученных показателей BER для кода UFEC – 1,3 / 1,4 / 2,9 / 2,8•10-6 при отношении OSNR=22 дБ.
На рис.4 показано изменение оптического спектра сигнала после передачи на 480 км при изменении мощности на входе пролета Psp от 6 до 14 дБм с шагом 2 дБ. Виден некоторый наклон спектральной характеристики такого излучения, особенно характерный для большой мощности на входе пролета. Однако это существенно не отражается на передаче одного волнового канала.
Итак, представлены результаты передачи сигнала со скоростью 172 Гбит/с на расстояние 480 км по ВОЛС с управлением дисперсией при использовании модуляции RZ-DPSK для базовой скорости данных 43 Гбит/с. Схема приемопередатчика для скорости сигнала 43 Гбит/с формата DPSK включала кодер DPSK, улучшенную схему упреждающего помехоустойчивого кодирования UFEC и соответствующий декодер, интерферометр с линией задержки и балансный детектор, а также необходимые ответвления для измерения всех параметров.
Линия связи ВОЛС состояла из трех пролетов длиной по 160 км каждый. Оптические потери порядка 36 дБ/пролет компенсировались путем использования усилителей EDFA. До передачи, использующей помехоустойчивое кодирование UFEC, был обеспечен уровень BER=10-6 для всех четырех 43 Гбит/с оптических трибов с системным запасом порядка 5 дБ по отношению к порогу UFEC. Для средних значений входной мощности значения BER, полученные на выходе конфигурации B2B (при учете дополнительного шума нагрузки) и после передачи на 480 (3?160) км, практически совпадали. При входной мощности выше 11,5 дБм исходный уровень BER, используемый для работы с UFEC, ухудшался из-за нелинейных эффектов в оптическом волокне. Во всех случаях не наблюдалось спорадического ухудшения эффективности работы кодера UFEC. Полученные результаты указывают, что при скорости 160 Гбит/с даже при применении сверхдлинных пролетов длиной 160 км можно использовать линию передачи длиной не меньше 1000 км.
Литература
1. R.Ludwig et al. 160 Gb/s RZ-DPSK OTDM-transmission over 480 km using 160 km repeater spans and advanced FEC. – Proc. OFC’07, Paper OWE-4, 2007.
2. A.Gnauck et al. 1-Tb/s (6?170.6 Gb/s) transmission over 2000-km NZDF using OTDM and RZ-DPSK format. – IEEE Photon. Technol. Lett., 2003, Vol.15, p.1618.
3. S.Weisser et al. 170 Gbit/s single-polarization transmission over 650 km SSMF with 130 km spans using RZ-DPSK. – Proc. OFC’05, Paper OFF4, 2005.
4. R.Ludwig et al. Unrepeatered 160 Gbit/s RZ single channel transmission over 160 km of standard fiber at 1.55 mkm with hybrid MZI optical Demux. – Proc. ECOC’00, Paper 6.1.3, Munich, Germany, 2000.
5. J.Yu et al. 160 Gb/s single-channel unrepeatered transmission over 200 km of NZDSF. – Proc. ECOC’01, PD.M.1.10, Amsterdam, The Netherlands, 2001.
6. M.Schneiders et al. Field transmission of 8?170 Gb/s over high-loss SSMF link using 3rd-order distributed Raman amplification. – J. of Lightwave Technol., 2006, Vol.24, No.1.
7. C.Boerner et al. 320 Gbit/s clock recovery with electro-optical PLL using a bidirectionally operated electroabsorption modulator as phase comparator. – Proc. OFC’05, Paper OTuO3, 2005.
Отзывы читателей
