L’intégration photonique: le retour d’expérience d’un opérateur télécom

S.Durel, L. Anet Neto, S.Barthomeuf, P.Chanclou, P.Gavignet, N. Genay, B. Le Guyader,Y. Loussouarn, E.Pincemin

« Workshop Photonique sur Silicium : Une rupture attendue », le 27/11/2017

L’intégration photonique en bref - 2 technos : Silicon Photonics (SiPh): techno mature (idem CMOS) à fort potentiel d’intégration. Toutes fonctions optiques sauf laser. Peu sensible à la température. Ne nécessite pas de packaging étanche. Faible consommation … techno propice à la baisse des coûts III/V ( InP…) : toutes fonctions optiques (Y/c laser). Plus délicate à industrialiser que SiPh, mais tout de même bien développée. Nécessite un contrôle thermique et un packaging étanche (gold box)…

L’existant dans l’accès et après 10Gbit/s

Plan de longueurs d’onde ?

– Faible disponibilité en bande spectrale

– Coexistence avec GPON et XG(S) PON possible mais à quelles conditions ? (puissance, filtrage, pertes à étudier)

– Bandes O et O+ à étudier (faible dispersion chromatique)

2

Bandes O et O+

Standard 2005-2010 2010-2016 >2019

Single channel

1 λ

G-PON (2,5G)

EPON (1G)

XG(S)-PON (10G)

10G-EPON (10G)

25G-PON ? 50G-PON ?

Convergence ITU/IEEE ?

Multi channel

N x λ

NG-PON2 (4x10G)

(ou 8x10G)

802.3ca (4x25G)

… Le FTTH est finalement largement déployé, sur la base de composants discrets assemblés

*ECOC 1998, D.

Lecrosnier et al.,

"Optical enabling

technologies for

access networks:

requirements and

challenges an

overview from

FSAN&EURESCOM"

Alors qu’en 1998, l’intégration photonique était considérée comme

un prérequis pour le FTTH …

Orange : 4.19M de clients FTTH (& 27 millions de clients raccordables)

1.714 M en France 2.045M en Espagne 0.166M en Pologne 81k en Slovaquie 180k Mauritius Telecom

G-PON: 2 étapes photoniques (marché de masse)

– Laser FP DFB laser (modulation directe) – 28 dB ou plus de budget (PhotoDiode Avalanche)

XG-PON1: 10Gbit/s descendant: EML (option avec SOA) TOSA/ROSA pour transceivers SFP/SFP+

OLT

2017-2018

ONT

SFP ONT (ONT Pluggable) Livebox4

Since 2004

Since 2015

SFP OLT (OLT Pluggable)

Module ONT

OLT Rack

GPON 2025 ?

Single chip ?

Silicon Photonics pour les standards existants -TWDM PON, PtP WDM PON, XGS-PON Pour les futurs standards -25 Gbit/s PON -40Gbit/s/100Gbit/s TDM-PON -PtP WDM PON ++

30 Euros

3 Euros ?

ONT

Des modules complexes de plus en plus intégrés arrivent sur le “petit”

marché du transport Télécom Interfaces lignes/WDM 50-2000 Km

Datacom : (gros volumes) influence considérablement le marché des pluggables optics

Intra-Datacenter interfaces clientes (distances ≤ 2 Km)

Inter-Datacenter distances de 10Km 400 Km à bas coûts, très hauts débits par λ (200G, 400G …

Pluggables WDM cohérents 100G et >100G : 2 implémentations pluggables, ACO (CFP2) et DCO (CFP et CFP2). L’implémentation DCO est + complexe (intègre le DSP), mais offre une interface électrique standardisée robuste, permet une agnosticité des ports client/ligne, et est facile à intégrer dans les équipements (WDM et routeurs IP), techno SiPh (Acacia) (ou InP pour CFP Fujitsu)

32 Gbauds DP-QPSK

même densité de port que

pluggable clients B&W

(~ 80 Km -120 Km)

Des modules complexes de plus en plus intégrés arrivent sur le marché

du transport Télécom / Datacom Interfaces GbE clientes 2/10/40 Km

100G client ≤ 2 Km: une inflation de solutions, QSFP28 essentiellement

100G client ≥ 10 Km : Le QSFP28 supplante de + en + le module CFP4

3,5W/100GbE

4*25G NRZ 400GbE bientôt sur les routeurs: la PAM4 s’impose

Standard IEEE 802.3bs prévu fin 2017- début 2018

– pour les portées 2 Km et 10 Km : 8 x 50G/λ PAM4 LWDM

– produits industriels avec ≠ densités de bande passante

– CFP8 400GBASE-LR8 testé par OLN récemment

12-18 W 12-15 W 7-10 W

Evolutions 100GbE & 50GbE/200GbE: du NRZ vers la PAM4

100GbE « NextGen » :

2 x 50G/λ PAM4 CWDM2 2-10 Km Km : 2018

100G/ λ DMT 2-10 Km : 2019 ?

200GbE / 50GbE :

– 4 x 50G PAM4 WDM 2-10 Km : 2018 ?

– 1 x 50G 2 -10 Km : 2018 ?

Solution à une seule longueur d’onde

1TbE en 2020-2025 ?

Intégrer DSP et optique: applicables pour tous les types d’interfaces décrits précédemment (transport, interfaces de lignes et clientes, accès) La fonction laser (III-V) dans le PIC SiPh (ex: Skorpios) La SiPh dans les ROADM (VOA, filtrage, switching optique) pour réduire la taille, le coût et diminuer les pertes, et pour le switching de burst optique Le SiPh pour les TWDM et PtP WDM NG-PON2:

Tx (source accordable): DFB (EML) +contrôle de la température, ou DBR ou Silicon Photonic source ? Rx: (Rx accordable, bas coût): filtrage optique par contrôle de la température? SiPh? Packaging: CFP for OLT (densité?) et SFP+ pour ONU

L’intégration photonique pour le PAM4 dans l’accès optique pour les solutions de type 25G/50G PON Possibilité de réaliser un ONU (OLT?) en SiPh

Accessibilité à des fonctions électroniques évoluées, baisse des coûts, de la consommation électrique. ONU "box" > ONU "SFP" > ONU "chip« (les On Board Optics)…

L’intégration photonique: une boite à outil de plus en plus complète et

performante

Quelles collaborations pour faire converger les besoins et les possibilités?

Quelques pistes: C.R. Doerr, Frontiers in optics, August 2015

Merci

Interne Orange

ECOC 2015

Passive Interconnection IP Routers

LH WDM Transport

100mV/div20ps/div

100mV/div20ps/div

100mV/div20ps/div

Transmission Multi Débit 25G/12,5G à l’accès – Banc expérimental

9

PPG : générateur de trames DML : Laser APD : Photodiode VOA : atténuateur optique COTS SFP+ : transceiver commercial

Décodeur PAM4 3 seuils Fonctions logiques

Décodeur NRZ 1 seuil

Le format de modulation PAM est un bon candidat pour la montée en débit du Réseau d’Accès Optique Expérimentalement, le 25Gbit/s PAM4 est déjà fonctionnel

Example of fast tunable transmitter implementation

PM

Co

up

ler

ECL 2

ECL 3

ECL i

ECL 1

CMZM

SOAG 1

SOAG 2

SOAG 3

SOAG i

ECL: external cavity laser, SOAG: Semiconductor Optical Amplifier Gate, CMZM: Complex Mach-Zehnder Modulator

Interest and performances (low phase noise and fast tunability) experimentally demonstrated with discrete components1

Various levels of integration

1:B. Han, P. Gavignet, E. Pincemin, T. Guillossou, M. Cresseaux, D. Le Brouster, B. Haentjens, Y. Jaouen, " Low Phase Noise CO-MB-OFDM Optical Burst Transmitter for Time and Spectral Optical Aggregation", Optical Fiber Communications(OFC), paper Tu3F.6, 2017

At optical component level: arrays of ECLs, SOAGs with (or without) fast electronic circuitry

At optical function level (fast tunable laser) with fast electronic circuitry

At optical function level (fast tunable transmitter) with fast electronic circuitry for SOAG and CMZM

With « i »: up to 80

Interne Orange

• interface électrique digitale standardisée robuste

• permet ports client/ligne agnostiques • facile à intégrer dans équipement (carte

mère + simple) • pluggable + complexe (intègre DSP) • techno SiPh (Acacia) (ou InP pour CFP

Fujitsu)

• interface électrique analogique sensible aux perturbations

• contraintes disposition DSP sur carte mère

• pluggable + simple (pas de DSP) • techno InP ou SiPh

Pluggables cohérents 100G et >100G ligne: 2 implémentations

ACO DCO

Interne Orange

100G client ≤ 2 Km: une inflation

de solutions QSFP28 essentiellement

(pour des applications datacenter)à

Le QSFP28 supplante de + en +

le module CFP4 100G client ≥ 10 Km

Standard

Alliance MSA LR4 ER4 ER4 Lite 4WDM

PHY 4 x 25G LWDM

1300nm

4 x25G LWDM

1300 nm

4 x 25G LWDM

1300 nm

4 x 25G

CWDM * LWDM

1300 nm

Reach (Km) 10 40

25-30 Km w/o

FEC

40-48 Km w FEC

10* 20** 40**

Fiber SM SM SM SM

Pluggable CFP/2/4

QSFP28 CFP/2 QSFP28 QSFP28

availability 2011-2016 2013-2015 2017 ?