telecom escola tècnica superior descola tècnica … · telecom escola tècnica superior descola...

of 22 /22
Escola Tècnica Superior dEnginyeria telecom Escola Tècnica Superior d Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona Departament de Teoria del Senyal telecom BCN UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions FIBER-OPTIC COMMUNICATIONS COMMUNICATIONS JOAN M. GENÉ BERNAUS OPTICAL COMMUNICATIONS GROUP OPTICAL COMMUNICATIONS GROUP G C O FIBER FIBER-OPTIC COMMUNICATIONS OPTIC COMMUNICATIONS G CO CONTENTS CONTENTS 1 INTRODUCTION 1. INTRODUCTION 2. OPTICAL FIBER 3. OPTICAL SOURCES 4. OPTICAL RECEIVERS 5 OPTICAL AMPLIFIERS 5. OPTICAL AMPLIFIERS 6. FIBER- OPTIC SYSTEMS 27 SEPTEMBER 2010 slide 2 CONTENTS CONTENTS 6. FIBER OPTIC SYSTEMS

Upload: ngohanh

Post on 14-Sep-2018

217 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica … · telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica Superior dEnginyeria’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona DepartamentdeTeoriadelSenyal

Escola Tècnica Superior d’Enginyeriatelecom Escola Tècnica Superior d Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona

Departament de Teoria del Senyal

telecomBCN

UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA

Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions

FIBER-OPTIC COMMUNICATIONSCOMMUNICATIONS

JOAN M. GENÉ BERNAUS

OPTICAL COMMUNICATIONS GROUPOPTICAL COMMUNICATIONS GROUPG C O

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

CONTENTSCONTENTS

1 INTRODUCTION1. INTRODUCTION

2. OPTICAL FIBER

3. OPTICAL SOURCES

4. OPTICAL RECEIVERS

5 OPTICAL AMPLIFIERS5. OPTICAL AMPLIFIERS

6. FIBER-OPTIC SYSTEMS

27 SEPTEMBER 2010 slide 2CONTENTSCONTENTS

6. FIBER OPTIC SYSTEMS

Page 2: telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica … · telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica Superior dEnginyeria’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona DepartamentdeTeoriadelSenyal

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

1. INTRODUCTION1. INTRODUCTION

• HISTORICAL PERSPECTIVE• HISTORICAL PERSPECTIVE

• BASIC FIBER‐OPTIC SYSTEM

• F.O. COM. ADVANTAGES

• 5 GENERATIONS OF OPTICAL COM• 5 GENERATIONS OF OPTICAL COM.

• F.O. LOCALIZATION

27 SEPTEMBER 2010 slide 3CONTENTSCONTENTS

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

HISTORICAL PERSPECTIVEHISTORICAL PERSPECTIVEHISTORICAL PERSPECTIVEHISTORICAL PERSPECTIVE

1800

Primitive Signals – Old civilizations used fire or smoke signs as a communication mechanism. Digital Optical Communications.

XVIII Century – The optical signals used were produced using flagsXVIII Century – The optical signals used were produced using flags and flashlights among others. 

1792 – Claude Chappe invents the aerial telegraph. A kind of h i l i d (F h R )

1900

mechanical antenna using a secret code (French Rev.). Transmissions of 100 km with repeaters each 10 km. Speed 1 b/s.

1837 – Samuel Morse presents the electrical telegraph. Starts the Sa ue o se p ese s e e ect ca te eg ap S a s eelectrical communications. The Morse code spreads out rapidly and the transmission speed increases up to 10 b/s. The transmission distance reaches 1000s of Km.

1866 – First transatlantic telegraph cable. 

27 SEPTEMBER 2010 slide 41. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- HISTORICAL PERSPECTIVEHISTORICAL PERSPECTIVE

2000

Page 3: telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica … · telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica Superior dEnginyeria’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona DepartamentdeTeoriadelSenyal

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

1800 1876 – Alexander Graham Bell patents the telephone, two hours before Elisha Gray. Recently the invention has been attributed toAntonio Meucci, 1871. Starts the analog communications era. TheAntonio Meucci, 1871. Starts the analog communications era. The telephone experiences a worldwide extension until today.

1895 – First radio communications experiments by GuglielmoMarconi

1900

Marconi.

1931 – Transmission of first TV. images by René Barthélémy.

Fi i l bl i i O d f MH1900 1940 – First coaxial cable transmission system. Order of MHz.

1948 – First microwave transmission system over coaxial cable. Order of GHz. Transmission speed up to 100 Mb/s with repeater O de o G a s ss o speed up to 00 b/s t epeatedistance of just 1 Km due to cable losses (5‐10 dB/km).

1956 – First transatlantic telephone cable. 

2000

27 SEPTEMBER 2010 slide 51. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- HISTORICAL PERSPECTIVEHISTORICAL PERSPECTIVE

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

1800 1952 – Physicist Narinder S. Kapany performed first light guiding experiments considered the invention of optical fiber. Kapany based his experiments on John Tyndall’s theoretical work (Total Internalhis experiments on John Tyndall s theoretical work (Total Internal Reflection – 1850s ) about light guiding in water fountains.

1953 –Maser Theory by Charles H. Townes (Columbia), and independently Nikolai G Basov and Aleksandr M Prokhorov (Soviet

1900

independently, Nikolai G. Basov and Aleksandr M. Prokhorov (Soviet Union). Nobel Prize 1964.

1957 – Laser Theory by Charles H. Townes (Columbia) and Arthur 1900Schawlow (Bell Labs). Patented on 1960 and conflict with Gordon Gould (graduate student at Columbia, recognized 1987).

1960 – First Rubi Laser (694 nm) by Theodore H Maiman (Hugues1960 First Rubi Laser (694 nm) by Theodore H. Maiman (HuguesResearch Lab). This allows to think about an optical transmission system with a carrier on the order of 100 THz. D=1mm. We already have source. A little later Ali Javan (Iran) presents the first Gas Laser (H N )

2000

(He‐Ne).

1962 – First pulsed semiconductor GaAs (850 nm) laser by Robert N. Hall and red laser by Nick Holonyak, Jr. (General Electric).

27 SEPTEMBER 2010 slide 61. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- HISTORICAL PERSPECTIVEHISTORICAL PERSPECTIVE

y y , ( )

Page 4: telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica … · telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica Superior dEnginyeria’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona DepartamentdeTeoriadelSenyal

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

1800 1965 – Charles K. Kao (Nobel Prize 2009) and George A.Hockham (Standard Telephones and Cables) demonstrated that the main attenuation source of silica glass (1000 dB/km) was the presence ofattenuation source of silica glass (1000 dB/km) was the presence of impurities. Their studies predicted an attenuation around 20 dB/km.

1970 ‐ Robert D. Maurer et al. (Corning) demostrated an optical fiber (SiO ) transmission with an attenuation of 17 dB/km in the region of

1900

(SiO2) transmission with an attenuation of 17 dB/km in the region of 1m. We already have medium.   Izuo Hayashy and Morton Panish (Bell Labs), and independently, Zhores Alferov (Soviet Union) develop the first semiconductor (GaAs) laser diode working in continuous‐1900 ( ) gwave at room temperature using the heterostructure. Dimensions similar to an optical fiber. Development of first LED diodes and photodetectors.

1973 – Developtment of optical fibers with lower attenuation than coaxial cables (4dB/km at 850 nm).

9 D l t f thi d i d b NTT (0 2dB/k t 1550 )

2000

1977 – Development of third window by NTT (0.2dB/km at 1550 nm).

1979 – First Single‐Mode fiber (0.2dB/km at 1550 nm).

27 SEPTEMBER 2010 slide 71. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- HISTORICAL PERSPECTIVEHISTORICAL PERSPECTIVE

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

1800 1980 – Development of first semiconductor optical amplifiers. First commercial fiber‐optic transmission system. 45 Mb/s and a repeater distance of 10 km.distance of 10 km.

1986 – First doped fiber optical amplifiers David Payne (U. Southampton) and Emmanuel Desurvire (Bell Laboratories). Became commercial late 80’s and increase the transmitter distance up to

1900

commercial late 80 s and increase the transmitter distance up to 100 km.

1988 – First transatlantic optical cable (TAT‐8)1900

1996 – First transpacific optical cable (TPC‐5) including WDMtechnology 20x5 Gb/s.

2000

back to ditital optical communications

27 SEPTEMBER 2010 slide 81. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- HISTORICAL PERSPECTIVEHISTORICAL PERSPECTIVE

Page 5: telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica … · telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica Superior dEnginyeria’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona DepartamentdeTeoriadelSenyal

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

1800

1e+15 CAPACITY EVOLUTION

WDM

1e+12 opt. amplif.

1900

1e+09t/s ∙ km

]fiber optic

1900

1e+06CxD

 [bit

coaxial microowaves

1e+03 telephone

2000 1850 1900 1950 2000Year

1e+00telegraph

27 SEPTEMBER 2010 slide 91. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- HISTORICAL PERSPECTIVEHISTORICAL PERSPECTIVE

Year

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

What doesWhat does 10 Gb/s10 Gb/s mean ?mean ?What does What does 10 Gb/s 10 Gb/s mean ?mean ?

Encyclopedia Britannica BCN

32 volumes

NYC

44 million words

24,000 photos

1 sec

10 Gb 10 Gb/s

27 SEPTEMBER 2010 slide 101. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- HISTORICAL PERSPECTIVEHISTORICAL PERSPECTIVE

Page 6: telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica … · telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica Superior dEnginyeria’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona DepartamentdeTeoriadelSenyal

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

FIBERFIBER‐‐OPTIC TRANSMISSION SYSTEMOPTIC TRANSMISSION SYSTEMFIBERFIBER OPTIC TRANSMISSION SYSTEMOPTIC TRANSMISSION SYSTEM

InformationInformation Source

DestinationLogical DomainLogical Domain

Electrical TX

Electrical RX

Electrical DomainElectrical Domain

Optical

TX

Optical

RX

OpticalOptical Optical TX

Optical RX

Optical Fiber

Optical DomainOptical Domain

Optical Sources

pp

LED LASER PIN APD

PhotodetectorsAmplifiers

27 SEPTEMBER 2010 slide 111. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- BASIC FIBERBASIC FIBER--OPTIC SYSTEMOPTIC SYSTEM

SOA, EDFA

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

FibFib O ti S t E lO ti S t E lELECTRICAL FILTER FiberFiber‐‐Optic System ExampleOptic System Example

MODULATION SIGNALTX

FILTER

ELECTRICALOPTICAL AMPLIFIER

RX

OPTICAL FILTER

ELECTRICAL FILTER

LASEREXTERNAL

MODULATOR

RX

PHOTODETECTOR

OPTICAL FIBER

Cladding (125 microns)External Jacket (4 microns thick)

SiO PVCCore (9 microns)

Internal Jacket (250 microns)

SiO2

Acrilate

PVC

27 SEPTEMBER 2010 slide 121. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- BASIC FIBERBASIC FIBER--OPTIC SYSTEMOPTIC SYSTEM

Acrilate

Page 7: telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica … · telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica Superior dEnginyeria’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona DepartamentdeTeoriadelSenyal

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

27 SEPTEMBER 2010 slide 131. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- BASIC FIBERBASIC FIBER--OPTIC SYSTEMOPTIC SYSTEM

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

100

70’s1st window

m)

2nd i d10

tion (dB/k

2 5dB/km

2nd window3rd window

80’s

90’

1

Attenuat

0 4dB/k

2.5dB/km

90’s

0.10.2dB/km

0.4dB/km

600 800 1000 1200 1400 1600 (nm)

Lasers AlGaAs InGaAsP InGaAsP

SC Amp.

Fiber Amp

Photodet

AlGaAs InGaAsP

PDFA EDFA

Si GI G A P

27 SEPTEMBER 2010 slide 141. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- BASIC FIBERBASIC FIBER--OPTIC SYSTEMOPTIC SYSTEM

Photodet. Si GeInGaAsP

Page 8: telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica … · telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica Superior dEnginyeria’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona DepartamentdeTeoriadelSenyal

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

Electromagnetic SpectrumElectromagnetic SpectrumElectromagnetic SpectrumElectromagnetic Spectrum

Wavelength Wavelength (m)(m)

105 104 103 102 101 100 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9106

nn

105 104 103 102 101 100 10‐1 10‐2 10‐3 10‐4 10‐5 10‐6 10‐7 10‐8 10‐9106

t

Designation

Designation

Audio

VLF LF MF

HF

VHF

UHF

SHF

Milimetric 

Waves

Far 

Infrared

Infrared

Visible

Ultraviolet

ications

ications

M

Radiofrequency MicrowavesFiber‐Optic Comm

1.7m ‐ 0.8m

ium

ium

Appli

Appli Fiber‐Optic Comm.

Optical FiberWave‐guideCoaxialCu Pair

Medi

Medi

103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016

Optical FiberWave guideCoaxialCu Pair

1017

27 SEPTEMBER 2010 slide 151. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- BASIC FIBERBASIC FIBER--OPTIC SYSTEMOPTIC SYSTEM

Frequency Frequency (Hz)(Hz)

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

AVANTAGES OF FO COMMUNICATIONSAVANTAGES OF FO COMMUNICATIONSAVANTAGES OF F.O. COMMUNICATIONSAVANTAGES OF F.O. COMMUNICATIONS

Huge Capacity (Tb/s 1% of the carrier 100 THz) Huge Capacity (Tb/s  1% of the carrier 100 THz)

Low attenuation (0.2 dB/km) in a wide freq. range (30 nm    – 4 THz)

Reduced weight and dimensions.

Isolator (dielectric medium) – electromagnetic i t f i itinterferences immunity

No diaphony (reduced radiation)

T bili ( 55°C 125 °C) Temperature stability (‐55°C to 125 °C)

Flexible and robust (mechanically)

( d d d ) Intrusions security (reduced radiation)

Potential reduced cost (SiO2 abundance)

27 SEPTEMBER 2010 slide 161. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- F.O. COM. ADVANTAGESF.O. COM. ADVANTAGES

Page 9: telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica … · telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica Superior dEnginyeria’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona DepartamentdeTeoriadelSenyal

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

DRAWBACKS OF FO COMMUNICATIONSDRAWBACKS OF FO COMMUNICATIONS

Transductors necessity E/O‐O/E

DRAWBACKS OF F.O. COMMUNICATIONSDRAWBACKS OF F.O. COMMUNICATIONS

Transductors necessity E/O O/E

Expensive devices (shared cost  Long‐Haul)

Fiber splices complexity Fiber splices complexity

Connectors complexity

Tecnology unmaturity satellitest. Tecnology unmaturityoptical communications (fiber & free-space)

satellites (microwave links)

100 Km

1000 Km

10,000 Km

ee T

X d

ist

twisted pairmobile

coaxial cable

fixed wireless access( p )

1 Km

10 Km

100 Km

erat

ion

-fre

twisted pair

wireless LAN

mobile wireless

1 Kb/ 1 Mb/ 1 Gb/ 1 Tb/10 m

100 m

Reg

ene

27 SEPTEMBER 2010 slide 171. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- F.O. COM. ADVANTAGESF.O. COM. ADVANTAGES

1 Kb/s 1 Mb/s 1 Gb/s 1 Tb/s

Data Rate

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

55 FIBERFIBER‐‐OPTIC GENERATIONSOPTIC GENERATIONS5 5 FIBERFIBER OPTIC GENERATIONSOPTIC GENERATIONS

First GenerationFirst Generation 70s70s

Multi‐Mode Fiber (5dB/km)

B i l i 1980 (45 Mb/ )

First GenerationFirst Generation 70s70s

Limited by tt ti Became commercial in 1980 (45 Mb/s)

FP mm Laser AlGaAs at 850 nm, LED

Bit rate 50 100 Mb/s

attenuation

earlyearly 80s80s Bit rate 50‐100 Mb/s

Repeater distance 10 km

Si l M d Fib (0 5dB/k )

Second Generation  Second Generation  early early 80s80s

Single‐Mode Fiber (0.5dB/km) 

Became commercial in 1987

FP mm Laser InGaAsP at 1300 nmLimited by

FP mm Laser InGaAsP at 1300 nm

Bit rate 100 Mb/s ‐ 1.7 Gb/s

Repeater distance 50 km

Limited by attenuation

27 SEPTEMBER 2010 slide 181. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- 5 GENERATIONS OF OPTICAL COM.5 GENERATIONS OF OPTICAL COM.

Repeater distance 50 km

Page 10: telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica … · telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica Superior dEnginyeria’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona DepartamentdeTeoriadelSenyal

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

Third GenerationThird Generation 80s80s

Single‐Mode Fiber (0.2dB/km) (DSF)

B i l i 1990

Third Generation  Third Generation  80s80s

Limited by Became commercial in 1990

DFB sm Laser at 1310 nm  & 1550 nm

Bit rate 2 5 Gb/s

Limited by attenuation

Bit rate 2.5 Gb/s

Repeater distance 100 km

Semiconductor optical amplif. (SOA)hh

90s90s Semiconductor optical amplif. (SOA)

Coherent Systems

Single‐Mode Fiber (0.2dB/km) (DCF)

Fourth GenerationFourth Generation

Became commercial in 1996 (TPC‐5)

DBR sm Laser at 1550 nmLimited by dispersion

Capacity 1‐128 x 2.5‐10 Gb/s (WDM)

Repeater distance 100 km

b d d f b l f ( )

dispersion

27 SEPTEMBER 2010 slide 191. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- 5 GENERATIONS OF OPTICAL COM.5 GENERATIONS OF OPTICAL COM.

Erbium‐doped fiber amplifier (EDFA)

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

Fifth GenerationFifth Generation late 90slate 90s early 2000early 2000Fifth Generation  Fifth Generation  late 90s late 90s –– early 2000early 2000

Limited by Single‐Mode Fiber (0.2dB/km) (LEAF)

B i l i 2007 Limited by NL & PMD

Became commercial in  2007

EC sm Lasers at 1550 nm

VCSELs cheap lasers VCSELs cheap lasers

Capacity 250 x 40 Gb/s (DWDM)

Repeater distance 100 km 1e+165 Fiber-Optic System Generations Repeater distance 100 km

Advanced Modulations

Raman Amplifiers1 +13

1e+14

1e+15

1e+16

km

]

1550 nm

EDFA WDM

p

1e+11

1e+12

1e+13

L [b

it/s

· k

850 nm MM fiber

1300 nm SM fiber

SM laser

Solitons

1970 1980 1990 2000 20101e+08

1e+09

1e+10BL MM fiber

27 SEPTEMBER 2010 slide 201. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- 5 GENERATIONS OF OPTICAL COM.5 GENERATIONS OF OPTICAL COM.

1970 1980 1990 2000 2010

Year

Page 11: telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica … · telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica Superior dEnginyeria’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona DepartamentdeTeoriadelSenyal

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

Next GenerationNext Generation 20102010Next Generation  Next Generation  20102010

Single‐Mode Fiber (0.2dB/km) (PCF)

Will B i l i 2015 2020

Limited by NL & PMD

Will Become commercial in 2015 ‐ 2020

Broadband tunable Lasers

Capacity N x 100 Gb/s (100G Ethernet) NL & PMD Capacity N x 100 Gb/s (100G Ethernet)

Fiber‐to‐the Home (FTTH)

Repeater distance 100 km Repeater distance 100 km

Advanced Modulations  Coherent Detection

Broadband & distributed Amplificationp

Digital Signal Processing (optical/electronic)

27 SEPTEMBER 2010 slide 211. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- 5 GENERATIONS OF OPTICAL COM.5 GENERATIONS OF OPTICAL COM.

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

27 SEPTEMBER 2010 slide 221. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- 5 GENERATIONS OF OPTICAL COM.5 GENERATIONS OF OPTICAL COM.

Page 12: telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica … · telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica Superior dEnginyeria’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona DepartamentdeTeoriadelSenyal

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

WDMWAVELENGTH DIVISIONMULTIPLEXINGWDMWAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXING

8 channels x 10 Gb/s = 80 Gb/s

TX    STM‐64 RX    STM‐64TX    STM‐64 RX    STM‐64

TX    STM‐64 RX    STM‐64TX    STM‐64 RX    STM‐64

TX    STM‐64 RX    STM‐64TX    STM‐64 RX    STM‐64

TX    STM‐64 RX    STM‐64TX    STM‐64 RX    STM‐64

TX    STM‐64 RX    STM‐64WDMTX    STM‐64

TX    STM‐64

TX    STM‐64

UX UX

RX    STM‐64

RX    STM‐64

RX    STM‐64

TX    STM‐64

TX    STM‐64

TX STM‐64

MU

DMU

RX    STM‐64

RX    STM‐64

RX STM‐64

27 SEPTEMBER 2010 slide 231. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- 5 GENERATIONS OF OPTICAL COM.5 GENERATIONS OF OPTICAL COM.

TX    STM‐64

TX    STM‐64

RX    STM 64

RX    STM‐64

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

WDM transmission Bands

10

WDM transmission Bands

10

60 nm

60 nm

60 nm

30 nm

65 nm

25 nm

75 nm

dB/Km) 4 THz

1

12

136

146

153

156

162

167

tion

(

O E S C L U

tenua

1100 1200 1300 1400 1500 16000.1

1700

att

wavelength (nm)

O – original C – conventional (erbium) L – long wavelength

27 SEPTEMBER 2010 slide 241. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- 5 GENERATIONS OF OPTICAL COM.5 GENERATIONS OF OPTICAL COM.

gE – extended S – short wavelength

( ) g gU – ultralong wavelength

Page 13: telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica … · telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica Superior dEnginyeria’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona DepartamentdeTeoriadelSenyal

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

Main Impairments

CS

Main Impairments

BW Old Fiber Plant

AttenuationGVD PMD L CrosstalkAttenuationDispersionNL EffectsNoiseFil i

SPM, Intra XPM. Intra FWM

GVD, PMD

ASE, Shot, Thermal, Phase

MUX OXC

L CrosstalkNL Crosstalk Inter XPM. Inter FWM

FilteringMUX, OXC

attenuationchannel effects

noise

di t tioptical fiber

27 SEPTEMBER 2010 slide 251. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- 5 GENERATIONS OF OPTICAL COM.5 GENERATIONS OF OPTICAL COM.

distortionp

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

System Capacity

Transmission Bandwidth

System Capacity

#1 #2 #N

spectrumspectrum

Channel Spacing Rb

Capacity = Channels x Bit Rate

Channels = Bandwidth / Spacing

freq.

R b s Channels = Bandwidth / Spacing

Capacity = Bandwidth x Bit Rate / SpacingBR

CS

b s

Hz

27 SEPTEMBER 2010 slide 261. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- 5 GENERATIONS OF OPTICAL COM.5 GENERATIONS OF OPTICAL COM.

Spectral Efficiency

Page 14: telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica … · telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica Superior dEnginyeria’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona DepartamentdeTeoriadelSenyal

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

System Capacity

Terabit Transmissions

System Capacity

Terabit Transmissions

Decrease Channel Spacing

Extend Spectral Range

Increase Channel Bit‐rate

200 GHz100 GHz50 GHz

30 nm80 nm120 nm

2.5 Gb/s10 Gb/s40 Gb/s

25 GHz 150 nm 100 Gb/s

Status of commercial equipment (per fiber)

Year 1995 Year 2000 Year 2005 Year 2010

TDM line bit‐rate 2.5 Gb/s 2.5‐10 Gb/s 10‐40 Gb/s 10‐40‐100 Gb/s

WDM channels 8 64‐128 128‐256 128‐256

Channel Spacing 200 GHz 100‐50 GHz 50‐25 GHz 25 GHz

27 SEPTEMBER 2010 slide 271. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- 5 GENERATIONS OF OPTICAL COM.5 GENERATIONS OF OPTICAL COM.

Overall Capacity 20 Gb/s 1 Tb/s 5 Tb/s 10 Tb/s

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

FIBERFIBER‐‐OPTIC LOCALIZATIONOPTIC LOCALIZATIONFIBERFIBER OPTIC LOCALIZATIONOPTIC LOCALIZATION

Longh‐HaulLongh Haul (1000 km)

Regional (100 km)

Metropolitan (20 km)(20 km)

AccessAccess (10 km)

27 SEPTEMBER 2010 slide 281. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- F.O. LOCALIZATIONF.O. LOCALIZATION

Page 15: telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica … · telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica Superior dEnginyeria’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona DepartamentdeTeoriadelSenyal

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

SPANISH SITUATION SPANISH SITUATION (CMT(CMT20052005))

79 %

9 2 %

Ownership  ?

9.2 %

6.6 %

5.2 %

27 SEPTEMBER 2010 slide 291. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- F.O. LOCALIZATIONF.O. LOCALIZATION

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

SPANISH SITUATION SPANISH SITUATION (CMT(CMT20052005))

27 SEPTEMBER 2010 slide 301. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- F.O. LOCALIZATIONF.O. LOCALIZATION

Page 16: telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica … · telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica Superior dEnginyeria’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona DepartamentdeTeoriadelSenyal

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

SPANISH SITUATION SPANISH SITUATION (CMT(CMT20052005))

27 SEPTEMBER 2010 slide 311. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- F.O. LOCALIZATIONF.O. LOCALIZATION

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

SPANISH SITUATION SPANISH SITUATION (CMT(CMT20052005))

1 %

3 6 %

68.6 %

25 %

3.6 %

1.6 %

27 SEPTEMBER 2010 slide 321. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- F.O. LOCALIZATIONF.O. LOCALIZATION

Page 17: telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica … · telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica Superior dEnginyeria’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona DepartamentdeTeoriadelSenyal

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

SPANISH SITUATION SPANISH SITUATION (CMT(CMT20052005))

27 SEPTEMBER 2010 slide 331. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- F.O. LOCALIZATIONF.O. LOCALIZATION

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

SPANISH SITUATION SPANISH SITUATION (CMT(CMT20052005))

27 SEPTEMBER 2010 slide 341. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- F.O. LOCALIZATIONF.O. LOCALIZATION

Page 18: telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica … · telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica Superior dEnginyeria’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona DepartamentdeTeoriadelSenyal

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

R id i l S i R iResidential Service Requirements

Application Downstream UpstreamApplication Downstream Upstream

HDTV(3 h 20 Mb/ ) 60 Mb/s < 1 Mb/s(3 per home at 20 Mb/s)standard TV  4.5 Mb/s

60 Mb/s < 1 Mb/s

O li G i 2 20 Mb/ 2 20 Mb/Online Gaming 2‐20 Mb/s 2‐20 Mb/s

VoIP Telephone(3 per home at 100 Kb/s)

0.3 Mb/s 0.3 Mb/s(3 per home at 100 Kb/s)

Data / email ... 10 Mb/s 10 Mb/s

DVD rentalDVD rental(download time < 10 minutes)

14 Mb/s < 1 Mb/s

TOTAL ~ 100 Mb/s ~ 30 Mb/s

27 SEPTEMBER 2010 slide 351. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- F.O. LOCALIZATIONF.O. LOCALIZATION

TOTAL  100 Mb/s  30 Mb/s

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

APPENDIXAPPENDIX

CMT 2005 data

27 SEPTEMBER 2010 slide 361. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- APPENDIXAPPENDIX

Page 19: telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica … · telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica Superior dEnginyeria’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona DepartamentdeTeoriadelSenyal

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

SPANISH SITUATION SPANISH SITUATION (CMT(CMT20052005))

P ió 12%

27 SEPTEMBER 2010 slide 371. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- APPENDIXAPPENDIX

Penetració 12%

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

SPANISH SITUATION SPANISH SITUATION (CMT(CMT20052005))

27 SEPTEMBER 2010 slide 381. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- APPENDIXAPPENDIX

Page 20: telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica … · telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica Superior dEnginyeria’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona DepartamentdeTeoriadelSenyal

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

SPANISH SITUATION SPANISH SITUATION (CMT(CMT20052005))

27 SEPTEMBER 2010 slide 391. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- APPENDIXAPPENDIX

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

SPANISH SITUATION SPANISH SITUATION (CMT(CMT20052005))

27 SEPTEMBER 2010 slide 401. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- APPENDIXAPPENDIX

Page 21: telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica … · telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica Superior dEnginyeria’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona DepartamentdeTeoriadelSenyal

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

SPANISH SITUATION SPANISH SITUATION (CMT(CMT20052005))

27 SEPTEMBER 2010 slide 411. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- APPENDIXAPPENDIX

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

SPANISH SITUATION SPANISH SITUATION (CMT(CMT20052005))

27 SEPTEMBER 2010 slide 421. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- APPENDIXAPPENDIX

Page 22: telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica … · telecom Escola Tècnica Superior dEscola Tècnica Superior dEnginyeria’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona DepartamentdeTeoriadelSenyal

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

SPANISH SITUATION SPANISH SITUATION (CMT(CMT20052005))

27 SEPTEMBER 2010 slide 431. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- APPENDIXAPPENDIX

FIBERFIBER--OPTIC COMMUNICATIONSOPTIC COMMUNICATIONSGCO

SPANISH SITUATION SPANISH SITUATION (CMT(CMT20052005))

27 SEPTEMBER 2010 slide 441. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION -- APPENDIXAPPENDIX