ROADM architectures for multi-band optical networks

Abstract

Nowadays with the exponential increase of 5G mobile, datacenter communications and low-latency services, there is a huge demand for more data capacity and flexibility in optical networks. The multi-band (MB) is a mid-term solution to increase capacity and surpass the C-band transmission limitations. This dissertation analyzes the impact of several node architectures on the design of C+L+S MB networks. Three MB node architectures - baseline, common-band and compact - are studied in terms of cost-per-bit and induced-physical layer impairments (PLIs). We develop a routing, modulation format and spectrum assignment (RMSA) network planning tool, based on a Monte-Carlo simulation, that incorporates the impact of the node architecture and PLIs. This RMSA tool calculates the total network capacity and cost-per-bit of a given network topology, for the different MB node architectures. The common-band architecture presents the lowest cost-per-bit compared to the remaining MB architectures when the PLIs are neglected, since only lower cost C-band components are used. In a network scenario, with the PLIs impact, the common-band architecture leads to the lowest total network capacity and highest cost-per-bit due to additional noise from all-optical wavelength converters. The common-band cost-per-bit is almost twice the compact and baseline cost-per-bit due to the PLIs-induced degradation.

Atualmente com o aumento exponencial das comunicações 5G, das comunicações entre datacenters e dos serviços de baixa latência, o aumento da capacidade e da flexibilidade das atuais redes óticas é uma prioridade para os atuais fornecedores de serviços e conteúdos. A transmissão multibanda (MB) é vista como uma solução a curto e médio prazo para aumentar a capacidade e ultrapassar as limitações de transmissão na banda C. Esta dissertação analisa o impacto de várias arquiteturas de nós no projeto de redes MB C+L+S. Três arquiteturas MB - baseline, common-band e compact - são estudadas em termos do custo-por-bit e das limitações introduzidas pela camada física (PLIs). Desenvolveu-se uma ferramenta de planeamento de redes que resolve o problema do encaminhamento, da atribuição do formato de modulação e do espectro (RMSA), e que incorpora o impacto da arquitetura dos nós e dos PLIs. Esta ferramenta RMSA calcula a capacidade total da rede e o custo-por-bit de uma determinada topologia de rede, para as diferentes arquitecturas MB. A arquitetura common-band apresenta o menor custo-por-bit comparativamente às restantes arquiteturas MB, quando os PLIs são desprezados, uma vez que apenas são utilizados componentes da banda C de menor custo. Num cenário de rede, com o efeito dos PLIs, a arquitetura common-band conduz à menor capacidade total de rede e ao maior custo-por-bit, devido ao elevado ruído adicional dos conversores de comprimento de onda óticos. O custo-por-bit da arquitetura common-band é quase o dobro do custo-por-bit das arquiteturas baseline e da compact, devido à degradação induzida pelos PLIs.