Impact of physical layer impairments on multi-band metro networks

Abstract

The traffic increase in optical metro networks will saturate the network capacity in a near future, mainly due to new cloud and 5G services, as well as to an increasing number of network users. The use of other fiber bands, than the usual C-band, is seen as a possible near term solution, for this probable capacity crunch. In this work, a metro network horseshoe topology with nodes capable of switching both C and L-band signals is studied. In particular, we have considered for switching Cband signals, reconfigurable optical add/drop multiplexer and Filterless Drop and Waste (FD&W) node architectures, whereas for switching L-band signals, we have considered only FD&W solutions, both amplified and unamplified. An analytical formalism was developed to assess the impact of the physical layer impairments due to fiber transmission and switching node in a horseshoe network performance. Moreover, the cost and power consumption of the C-band and L-band nodes are analyzed. We concluded that in a network end of life scenario, the L-band nodes cost is 3.5 times higher than the C-band nodes, being 99% of this cost attributed to the transponders. In L-band transmission, a lightpath can cross several spans with 10 or 60 km in the amplified solution. In the unamplified solution, where frequency reuse is allowed, a lightpath consists only on a single 10 km span due to the maximum optical link budget. Considering a -20 dB crosstalk level, a 1.5 dB degradation on the optical power budget is observed.

O aumento de tráfego nas redes metropolitanas irá saturar a capacidade das redes num futuro próximo, principalmente devido aos novos serviços em nuvem e 5G, bem como ao aumento do número de utilizadores. O uso de novas bandas na fibra ótica, além da banda C, é visto como uma possível solução para responder a esse aumento de capacidade. Neste trabalho, é apresentada a topologia de rede ”horseshoe”, que contém nós com capacidade para comutar sinais nas bandas C e L. Na banda C, consideram-se as arquiteturas com multiplexadores de inserção/extração reconfiguráveis e arquiteturas sem filtragem, e na banda L, consideram-se apenas soluções sem filtragem, com e sem amplificação. São estudadas, analiticamente, as limitações físicas da transmissão na fibra e comutação dos sinais nos nós da rede ”horseshoe”. Além disso, é realizado um estudo do custo, consumo e capacidade dos nós nas bandas C e L. Num cenário de fim de vida da rede, o custo dos nós na banda L é 3.5 vezes superior aos da banda C. O custo dos transponders constitui 99% do custo final. Na banda L, o sinal pode atravessar várias secções de 10 ou 60 km na solução amplificada. Na solução não amplificada, onde existe reuso de frequência, só há uma secção de 10 km devido ao orçamento máximo de potência na ligação. Para um nível de diafonia de -20 dB, o orçamento de potência diminui 1.5 dB.