Transmission of PAM4 signals in amplified inter-datacenters connections with direct-detection and multicore fibers limited by inter-core crosstalk

Abstract

In this work, we propose the use of four-level pulse amplitude modulation (PAM4) and multicore fibers (MCFs) to support very high capacity inter-datacenter links. The limitations imposed by inter-core crosstalk (ICXT) on the performance of 112 Gb/s up to 80 km-long optically amplified PAM4inter-datacenter links supported by MCFs with intensity-modulation and direct-detection and full chromatic dispersion compensation in the optical domain are analyzed through numerical simulation. We show that, in those PAM4 inter-datacenter links, for one interfering core and high skew-symbol rate product, the maximum acceptable ICXT level to achieve an outage probability (OP) of 10-4 is -13.9 dB. For low skew-symbol rate product, the ICXT level decreases about 8.1 dB to achieve the same OP. Due to using full dispersion compensation, the OP is not much affected by increasing the MCF length, from 10 km, where electrical noise significantly contributes to the performance degradation, to 80 km, where signal-amplified spontaneous emission beat noise is dominant. For an OP of 10-4, the maximum acceptable ICXT level shows only a 1.4 dB variation with the MCF length increase. Also, when doubling the number of interfering cores, the maximum ICXT level per interfering core to reach an OP of 10-4 decreases around 3 dB. For several interfering cores, having a single core with low skew-symbol rate products is enough to induce a severe reduction of the maximum acceptable ICXT level.

Neste trabalho é proposta a utilização de modulação com 4 níveis de amplitude (PAM4) e de fibras multinúcleo (MCFs) para suportar ligações entre centros de dados com capacidade muito elevada. As limitações impostas pela diafonia entre núcleos (ICXT) no desempenho de ligações PAM4 a 112 Gb/s suportadas por MCFs com modulação de intensidade e deteção direta são analisadas através de simulação númerica. Consideram-se ligações até 80 km com amplificação óptica e compensação óptica total da dispersão cromática. Nessas ligações, para um núcleo interferente e um produto entre atrasos de propagação entre núcleos e ritmo de símbolo (SSRPs) elevado, o nível máximo aceitável de ICXT para alcançar uma probabilidade de indisponibilidade (OP) de 10-4 é -13.9 dB. Para SSRPs reduzidos, é observada uma redução do nível de ICXT de aproximadamente 8.1 dB para alcançar a mesma OP. Devido à compensação total de dispersão, a OP não é significativamente afetada com o aumento do comprimento da MCF, de 10 km, onde o ruído elétrico contribui significativamente para a degradação do desempenho, até 80 km, onde o batimento de ruído sinal-emissão espontânea amplificada é dominante. Para uma OP=10-4, o nível máximo aceitável de ICXT varia 1.4 dB com o aumento do comprimento da MCF. Para múltiplos núcleos interferentes, duplicando o número de núcleos, o nível máximo aceitável de ICXT por núcleo interferente para alcançar uma OP=10-4 diminui aproximadamente 3 dB. Mostra-se também que um único núcleo com SSRP reduzido é suficiente para introduzir uma forte redução no nível máximo aceitável de ICXT.